Auf die Hydraulik kommt es an - Yados
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16 TOP-THEMA --- Hydraulik in Heizungsanlagen
Bild: Yados
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Theorie und Praxis bestätigen, dass die Anlagenhydraulik ein entscheidender Faktor für effizienten Betrieb ist.
Auf die Hydraulik kommt es an
Wärmeerzeugung mit BHKW und Brennwertkessel ▪ Um die beschlossenen Klimaziele
zu erreichen, müssen im CO2-intensiven Wärmebereich zeitnah Fortschritte erzielt werden.
Blockheizkraftwerke und Brennwertkessel erzeugen im Verbund Strom und Wärme nah
am Verbraucher und nutzen die entstehende Abwärme. Für die zügige Transformation des
Energiesystems bleiben sie damit unverzichtbar – wenn ihre theoretisch hohen Wirkungs-
bzw. Nutzungsgrade auch tatsächlich ausgeschöpft werden. → Alexander Floß und Lutz Birnick
B ei Heizanlagen müssen deren Kompo-
nenten wie Blockheizkraftwerk (BHKW),
Brennwertkessel (BWK), Wärmepumpe,
Die dann erforderliche Ursachensuche
und -behebung kann erfahrungsgemäß zeit-
und kostenaufwendig werden. Gängige Lö-
den Erzeugern zu den Verbrauchern übertra-
gen wird und zur richtigen Zeit in der erfor-
derlichen Menge am gewünschten Ort ver-
Schichtenspeicher oder regelbare Umwälz- sungsversuche, etwa leistungsstärkere Pum- fügbar ist. Dabei gilt es, den Aufwand an An-
pumpen den geltenden gesetzlichen und nor- pen einzubauen, höhere Drehzahlstufen zu triebsenergie (Strombedarf für Pumpen) und
mativen Effizienzanforderungen entsprechen. wählen, die Heizkurve zu erhöhen oder Ab- die thermischen Verluste möglichst gering
Das ist aus technischer Sicht problemlos zu rea- senkphasen zu verkürzen, erbringen meist zu halten: Sind die Volumenströme zu nied-
lisieren. Vergleichsweise größere Herausforde- nicht die erwünschte Wirkung, da sie die rig, werden die Verbraucher nicht mit aus-
rungen hält die Abstimmung der integrierten Verteilprobleme innerhalb des hydraulischen reichend Wärme versorgt, sind sie zu hoch,
Komponenten zu einem effizienten Gesamt- Systems schlicht nicht lösen können. steigen Pumpenaufwand und Rücklauftem-
system für Planer und SHK-Betriebe bereit. Unbestritten hat die Einführung von re- peratur.
Denn über eine einfache „Komponenten- gelbaren Pumpen in Verbindung mit mo- Meist wenig hilfreich sind hier standar-
substitution“ kann das vorhandene Potenzi- derner Mess-, Steuer- und Regelungstech- disierte Hydraulik- und Regelungskonzepte,
al komplexer Verbundanlagen und damit die nik (MSR-Technik) und intelligenter Infor- die in der Regel den möglichst optimalen
Möglichkeit, nachhaltig mehr Energie einzu- mations- und Kommunikationstechnologie Betrieb von Einzelkomponenten am Ausle-
sparen, nicht konsequent ausgeschöpft wer- in den vergangenen Jahren hier völlig neue gungspunkt fixieren – und dabei vernachläs-
den. Ohne eine hinreichende hydraulische Möglichkeiten bereitgestellt. Aber auch diese sigen, dass die Systeme im laufenden Betrieb
Abstimmung drohen darüber hinaus die „üb- müssen richtig eingesetzt werden. üblicherweise nicht am Berechnungspunkt,
lichen“ Probleme wie zu hohe Rücklauftem- sondern überwiegend unter Teillast arbeiten.
peraturen, laufende BHKW-Notkühler, aber Teillastbetrieb schlägt Zudem werden bei komplexeren Syste-
auch ungleichmäßig beheizte Räume, verlän- Auslegungspunkt men mit mehreren Wärmeerzeugern und
gerte Aufheizzeiten und lästige Strömungs- Die Hydraulik sorgt dafür, dass erzeugte ther- thermischen Speichern die unterschiedlichen
geräusche. mische Energie mittels strömender Fluide von hydraulischen Anforderungen nicht hinrei-
SBZ 11/21
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chend beachtet. Soll ein thermisches Ge-
samtenergiesystem maximal energieeffizient
arbeiten, müssen die integrierten Erzeuger
und Verbraucher aufeinander abgestimmt
möglichst nah an ihrem jeweiligen Wirkungs-
grad-Optimum betrieben werden.
Anlagenhydraulik und
abgesenkte Rücklauftemperatur
Die thermische Übertragungskapazität, Vo-
lumenströme, vorhandene Strömungs- und
Wärmeverluste, der elektrische Pumpen-
aufwand sowie ggf. der Wirkungsgrad der
Kraft-Wärme-Kopplung werden maßgeblich
von den Rücklauftemperaturen (RLT) beein-
flusst. Der hydraulische Abgleich hebt die
gesamte thermische Netzeffizienz. Er ermög-
Bild: Yados
licht niedrige RLT und senkt damit die ther-
mischen Verteilverluste. Tiefe RLT sind aber
auch eine zwingende Voraussetzung für die
Nutzung der latenten Brennwertwärme und
2 Beim Energieeffizienzverteiler Yado-Share
die effiziente Integration von regenerativen werden sämtliche Heizkreise und Bauteil-
Energiequellen, sei es durch solarthermische gruppen (Drei-Wege-Ventil mit Stellantrieb, EAZY DRIVE SERIES
Anlagen oder durch Wärmepumpen. Hocheffizienzpumpen und Wärmezähler)
fertig vormontiert.
Für die Brennwertnutzung gilt: je niedriger
die RLT (vorteilhaft sind Temperaturen unter Stellantriebe
40 °C) zum Wärmeerzeuger, desto höher die
Abkühlung der Abgase. Damit kann mehr Was- Hier wirkt sich eine individuelle Anpassung
serdampf kondensieren und der Wirkungs- auf den Massenstrom aller angeschlossenen
grad-steigernde Brennwertnutzen nimmt zu. Verbraucher aus, die sich dann gegenseitig • 99% Ventilkompatibilität
Bei einer perfekten Gasverbrennung beginnt beeinflussen. • Individuell anpassbar
der Brennwerteffekt erst bei Abgastemperatu- Vorteilhaft ist eine Schaltung in Reihe,
ren unter 57 °C. Bei RLT über 50 °C kann der wenn die Verbraucher(gruppen) grundsätz- • Normkonform
Effekt in der Regel nicht mehr eintreten und lich unterschiedliche Vorlauftemperaturen • Designed in Germany
der erwünschte Nutzen bleibt aus. fordern, etwa bei Heizkörper- und Fußbo-
• Jahrelange Erfahrung
Die RLT am Erzeuger ist von zahlreichen denheizkreisen. Der RL der Heizkörper liefert
Faktoren abhängig. Dazu gehören die RLT in der Regel ausreichend Vorlauftemperatur
einzelner Verbraucher, die hydraulische Ver- für den Fußbodenheizkreis, der die RLT wei-
schaltung von Verbrauchern und Wärmeer- ter abgesenkt.
zeugern sowie in den Rücklauf (RL) überströ-
mendes Vorlaufwasser, das die Temperatur
weiter anhebt. Direkt an den Verbrauchern „Es gilt, den Aufwand an
beeinflussen die Anwendung sowie die Art Antriebsenergie und die thermischen
und Auslegung der Wärmeübertrager (z. B. Verluste möglichst gering zu halten.“
der Raumheizeinrichtung) die RLT.
Bei einer vorgegebenen Leistung kann das
Temperaturniveau durch eine große Wärme- Wenig verbreitet, obwohl praxiserprobt
übertragungsfläche unkompliziert und wirk- und bewährt, ist die flexible Reihen-/Parallel
sam abgesenkt werden. Auch die Nutzung einbindung, die die Vorteile beider Varianten
des Gegenstromverfahrens am Wärmetau- stufenlos vereint. Die kombinierte Schaltung
scher hilft, die RLT abzusenken. erlaubt es, Verbraucher bei entsprechenden
Bedarfen zugunsten einer niedrigen RLT –
Hydraulische Verschaltung und damit eines geringen Massenstroms auf- surprisingly simple.
flexibel gestalten grund der großen Gesamt-Temperatursprei-
Die hydraulische Verschaltung von Verbrau- zung – in Reihe zu betreiben.
chern und Verbrauchergruppen (Heizkrei- Fordern einzelne Verbraucher(gruppen)
EAZY Systems GmbH
se) erfolgt gewöhnlich als Parallel- oder Rei- einen abweichenden Massenstrom oder hö- Member of Möhlenhoff Group
henschaltung. Bei einer parallelen Anord- here Vorlauftemperaturen, wird ein „variab- TecCenter 1
nung können die Verbraucher bedarfsspezi- ler Bypass“ aktiviert und es entsteht eine Pa- DE-31162 Bad Salzdetfurth
fisch mit Heizungswasser versorgt werden, rallelschaltung. Bewerkstelligt werden kann Fon: +49 (0)5063 – 79943-80
da Leistung und Vorlauftemperatur variabel die flexible Einbindung etwa mit Mehrwe- i n f o @ e a z y - s y s te m s .d e
sind. Anders bei der starren Reihenschaltung. ge-Mischventilen.
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www.sbz-online.de
18 TOP-THEMA --- Hydraulik in Heizungsanlagen
ÖAB HAD
Modul B Modul B
110,3kW 178,3kW
Der höher temperierte RL kann parallel als genannte „Effizienzkiller“ lauern, die ein
PI PI PI PI
TC TC TC TC
Vorlauf in das Versorgungsnetz fließen oder niedriges Niveau der RLT gefährden.
einem Wärmespeicher zugeführt werden. Fundierte Voranalysen sind zur Ableitung
Das senkt die Betriebskosten und reduziert (regelungs)technischer Notwendigkeiten
CO2-Emissionen. neuer oder zu modernisierender Anlagen da-
Ob die hydraulische Verschaltung der Er- her grundlegend. Wie das in der Praxis funk-
zeuger in Reihe oder parallel erfolgt, hängt tioniert, zeigt ein kürzlich abgeschlossenes
u. a. von den erforderlichen Vorlauftempera- Projekt in einem Chemieunternehmen im
M M turen und maximalen Rücklauftemperaturen Landkreis Bautzen in Sachsen.
TY TY TY TY ab. Auch hier gilt es, (zu) hohe RLT zu ver-
meiden. Liegen die Temperaturen zu hoch, Praxisbeispiel für optimierte
Versorgungskonzepte
FIQR
FIQR hat das nicht nur negative Auswirkung auf
den Brennwerteffekt, schlimmstenfalls wird Für den Produktionsprozess, ein chemisches
Bild: Yados
das BHKW (bei RLT über 60 °C) nicht mehr Umwandlungsverfahren, das über Wärmezu-
TI TI TI TI TI TI
ausreichend gekühlt und es kommt zur Not fuhr ausgelöst wird, benötigt das Chemie
abschaltung. unternehmen konstant und ausfallgesichert
thermische Energie. Auslöser der Modernisie-
Ableitung technischer rung war, dass die zwei BHKW des Unterneh-
3
Notwendigkeiten auf Datenbasis mens nicht mehr ausreichend effizient arbei-
Das Schema zeigt den Energieeffizienz- Große Unternehmen, die zur Durchführung teten und das Risiko von Produktionsausfäl-
verteiler Yado-Share mit Hochtempera- und Umsetzung von Energieaudits verpflich- len stieg. Überdies hat das nach DIN EN ISO
tur- und Niedrigtemperaturrücklauf. tet sind, verfügen über analysierte und be- 50001 (Systematisches Energiemanagement)
lastbare Aussagen zur realen Leistung von zertifizierte Unternehmen den Anspruch, lau-
Erzeugern und Verbrauchern, zu Volumen- fende Energiekosten, CO2-Emissionen und
Die Temperaturbereiche Vorlauf, Hoch strömen und Temperaturniveaus einzelner weitere Umweltauswirkungen nachhaltig zu
temperaturrücklauf und Niedrigtempera- Heizkreise. Bei den meisten energetischen reduzieren und ungenutzte Effizienzpotenzi-
turrücklauf realisiert der Hersteller Yados Bestandssanierungen liegen diese Daten al- ale kontinuierlich auszuschöpfen.
über drei Kammern im Rohrverteiler. Diffe- lerdings nicht vor. Eine Erstbegutachtung seitens Yados zeig-
rierende Volumenströme werden in einen Das stellt Planer und ausführende SHK- te, dass einzelne Heizkreise falsch eingebun-
Brennwertkessel mit zwei Rücklaufanschlüs- Betriebe vor deutliche Herausforderungen. den waren, nicht isolierte BHKW-Leitungen
sen oder optional über einen Rücklaufkurz- Denn ohne Informationen zu den elektri- zu hohen Wärmeverlusten führten und ver-
schluss im Verteiler ausgeglichen. Der variab- schen und thermischen Bedarfen kann kei- baute Kurzschlüsse das Temperaturniveau
le Energieeffizienzverteiler Yado-Share ist mit ne vernünftige Einstellung der Komponen- nachteilig beeinträchtigten. In einer Vorana-
zwei getrennten Rücklaufsammlern ausge- ten bzw. Parameter erfolgen und die neue/ lyse wurden über Wärmezähler die spezifi-
stattet. modernisierte Anlage kann aus energetischer schen Heizlasten der Verbraucher ermittelt
Die Rückläufe werden nicht zusammenge- Sicht letztendlich nicht optimal laufen. Glei- und anschließend ausgewertet. Für jeden
führt und vermischt, sondern können als ge- ches gilt für die wirksame Absenkung von Heizkreis erfolgte eine gesonderte Analyse
trennte Temperaturströme zweifach verteilt Rücklauftemperaturen. Ohne genaue Kennt- des Lastgangs, um diese später individuell
und energetisch genutzt werden (Bild 3). nis des benötigten Temperaturniveaus der bedienen zu können.
Der niedertemperierte RL sichert den Brenn- unterschiedlichen Verbraucher ist beispiels- Die detaillierte Datenauswertung ergab
werteffekt und steigert die Anlageneffizienz. weise nicht nachvollziehbar, ob und wo so- umfassende Modernisierungs- und Optimie-
Notkühler
M
Puffer 20m³ Station Modul B Station Modul A
F&E TC
Wärmeerzeuger 1 Wärmeerzeuger 2
VL TC
BHKW, EG-190 BHKW, EG-190
TC
PI
TC
TC
TC
TC M M
F&E
RL TC
60°C 25°C 75°C 60°C 65°C 50°C 60°C 25°C 75°C 60°C 65°C 50°C TC TC
TI TI TI TI
60°C 47°C 80°C 66°C 73°C 55°C 66°C 50°C 80°C 66°C 73°C 53°C
M
ÖAB HAD ÖAB HAD
Modul B Modul B KAD Modul B Modul A Wärme- Wärme-
Modul A KAD Modul A erzeuger 1 erzeuger 2
110,3kW 178,3kW 68kW 110,3kW 178,3kW 110,3kW BHKW, EG-190 BHKW, 190kW
PI PI PI PI PI PI PI PI
PI PI PI PI PI PI PI PI PI PI
TC TC TC TC TC TC TC TC
TC TC TC TC TC TC TC TC TC TC
M M M M
M M
TY TY TY TY
TY TY TY TY TY
FIQR TY FIQR FIQR
TY TY TY
TI TI FIQR FIQR FIQR
FIQR
TY TY TY
FIQR FIQR
TY TY
Reserve Reserve
TI TI TI TI TI TI TI TI TI TI TI TI TI TI TI TI TI TI
TC TC TC
Bild: Yados
TC TC
TC TC TC TC
4
Fließschema des Praxisbeispiels nach Modernisierung der Wärmeversorgung.
SBZ 11/2119
rungsbedarfe in der Wärmeerzeugung und unterschiedliche Erzeugungstechnologien, GRÜNER
-verteilung. Beide BHKW-Aggregate wurden
erneuert. Heute wird das Chemieunterneh-
Energieträger und Verbraucher integriert.
Auf Basis systemseitig erfasster und ausge- SCHEIN
ZUR BEG-FÖRDERUNG
men wirtschaftlich, nachhaltig und ausfallsi- werteter Daten lassen sich zudem weitere
cher über zwei BHKW von Yados und einen ökonomische und ökologische Einsparpo-
Gas-Brennwertkessel von Hoval zur Spitzen- tenziale identifizieren, die den kontinuierli-
lastabdeckung versorgt. Die generierte elekt- chen Verbesserungsprozess der komplexen
rische und thermische Energie wird im Unter- Gesamtsysteme unterstützen. Eine fortlau-
nehmen vollständig eigengenutzt. Bedarfs- fende Kontrolle und Optimierung des Ener-
abhängig werden maximal 30 kW Strom aus gieverbrauchs führt zu Einsparungen von
dem öffentlichen Netz bezogen. durchschnittlich 8 bis 10 %, in energieinten-
Die parallel geschalteten, thermisch ge- siven Betrieben sind sogar bis zu 30 % rea-
regelten und stromoptimierten BHKW vom listisch.
Typ Yado-KWK EG-190 schöpfen rund 90 % Im Chemieunternehmen vernetzt und
(Wirkungsgrad) des zugeführten Erdgases steuert das übergeordnete, busbasierte Re- Kurs 1
aus. Die bei der Erzeugung elektrischer Ener- gelsystem Yado-Link die Wärmeerzeuger und
gie anfallende (Ab-)Wärmeenergie wird über die Heizkreise der einzelnen Verbraucher. Die Grundlagen der BEG
Wärmeauskopplungsmodule als Heizwasser angesteuerten Anlagenteile und -parameter
mit Vorlauftemperaturen (T-VL) von 90 °C liefern wichtige Kennzahlen und erlauben
ausgekoppelt. Zugriff auf relevante Informationen wie Tem-
peraturen, Massenströme oder Leistungen.
Wesentliche Daten werden in Echtzeit über-
Kurs 2
„Der hydraulische Abgleich wacht, erfasst und analysiert.
hebt die gesamte thermische Für das sächsische Chemieunternehmen Nachweisverfahren für
Netzeffizienz.“ macht sich die Umsetzung der ersten abge-
leiteten Verbesserungsmaßnahmen bereits
Bestandsanlagen
bezahlt. Mit dem Austausch von Wärmetau- mit Heizkörpern
Die Wärmeverteilung übernehmen drei schern und der zeitlichen Verlagerung von
Energieeffizienzverteiler Yado-Share. Die Hei- Produktionslinien profitiert das Unterneh-
zungsverteiler versorgen insgesamt sechs men von einer noch effizienteren Nutzung
Heizkreise, eingebunden auf einem Tempe- der eigenproduzierten thermischen und
Kurs 3
raturniveau von 60 bis 80 °C (Bild 4). Die elektrischen Energie. Insgesamt haben sich
Komponenten wurden vom Hersteller exakt
nach Planungsvorgaben entsprechend den
Energiekosten, Gasverbrauch und CO2-Emis-
sionen mit Modernisierung und Anlagenopti-
Nachweisverfahren für
erforderlichen, bedarfsspezifischen Leistun- mierung um 20 bis 25 % reduziert. Bestandsanlagen
gen, Temperaturen und Volumenströmen Ein ausführliches Manuskript zur „Op-
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