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Fernwärmestation für eine Wohnanlage: Bei Wärmeübergabestationen mit Strahlpumpen passt die Wärmeleistungsregelung den Volumenstrom über den gesamten Lastbereich an den jeweiligen Bedarf an.
Energieeffizienz

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Energie sparen mit Regelungstechnik

Text: Prof. Dr. Uwe Bälz, Dr. Renate Kilpper, W. Bälz & Sohn Fotos: W. Bälz & Sohn
Die moderne Regelung von Wärme, Kälte und Lüftung verbunden mit der Strahlpumpentechno­logie verbessert die Wirtschaftlichkeit von Heizungsanlagen. Dabei verringern sich Brennstoff-, Strom-, Wasser-, Investitions- und Wartungskosten und die erzielte Energieeinsparung ist nicht nur umweltgerecht, sondern auch ökonomisch sinnvoll.

Erneuerbare Energien alleine vermögen den Wegfall der Kernenergie und den steigenden Strombedarf kurz- und mittelfristig nicht auszugleichen. Fossile Brennstoffe werden deshalb gegenwärtig wieder vermehrt verstromt. Auch die Menge der besonders klimaschädlichen Braunkohle stieg im Jahr 2011 um knapp vier Prozent [1]. Im Sinne der deutschen Energie-wende sollte unser Augenmerk daher auf der Energieeinsparung liegen, denn hier bestehen noch gewaltige Chancen.

Schritte, um Heizenergie einzusparen

In Deutschland entfallen zirka 40 Prozent des Endenergieverbrauchs allein auf den Gebäudesektor [2], vor allem für Heizung und Warmwasser. Die enormen Möglichkeiten im Heizbereich nutzten 2011 laut Zentralverband Sanitär Heizung Klima jedoch nur vier Prozent der Eigentümer mit der Modernisierung ihrer veralteten Heizung. Da Energie immer teurer wird, amortisieren sich Modernisierungsmaßnahmen bei der Heizungsanlage besonders schnell und sind deshalb auch ökonomisch sinnvoll.

Veraltete Heizungen, die meistens nur einen geringen Nutzungsgrad haben, lassen sich durch moderne Energiebereitstellungssysteme sinnvoll ersetzen. Einfache Maßnahmen für weitere Einspareffekte sind beispielsweise moderne Regler in Kombination mit einem Außenfühler. Diese stellen sich leicht auf wechselnde Außentemperaturen ein und Wärme entsprechend dem Bedarf bereit. Schaltzeiten bewirken dabei Temperaturabsenkungen in der Nacht, aber auch tagsüber zum Beispiel bei Vollzeit-Berufstätigen, in Urlaubszeiten sowie die Abschaltung von Zirkulationspumpen je nach Bedarf. Darüber hinaus bringt die hydraulische Einregulierung und damit die Reduzierung der transportierten Wassermenge eine beachtliche Energieeinsparung [3].

Energie einsparen mit Strahlpumpen

Eine immer noch viel zu wenig bekannte Technik im Hinblick auf Energieeinsparung ist die Strahlpumpentechnologie. Sie ist sowohl im Neubau als auch bei Modernisierungen schon seit Jahrzehnten mit großem Erfolg im Einsatz und wurde permanent weiterentwickelt.

Mit der Strahlpumpe wird eine große Temperaturspreizung erreicht. Diese bewirkt außer der niedrigen Rücklauftemperatur auch geringere erforderliche Wassermengen. Die niedrige Rücklauftemperatur ist besonders wichtig bei Wärmeübergabestationen für Fernwärme. Auch garantiert die Strahlpumpe eine hohe Regelgüte und eine optimale Wärmenutzung. Mit ihr kann unter anderem auf Umwälzpumpen inklusive Steuerungen und den dazugehörigen Datenpunkten ebenso verzichtet werden wie auf Strangventile und Differenzdruckregler. Das spart Investitions- und Wartungskosten. Die lange Lebensdauer der Strahlpumpe senkt ebenfalls Kosten und sorgt für eine höhere Verfügbarkeit.

Auch beim Erwärmen von Trinkwasser nach dem Durchflussprinzip mit der Strahlpumpentechnologie wird Energie gespart, indem Wasserspeicher mit hohem Energiebedarf hierbei nicht nötig sind. Mit dem Wegfall der Warmwasserspeicher ist zusätzlich die Gefahr durch Legionellen im Trinkwasser gemindert - denn Bakterien vermehren sich bevorzugt in den Wasserspeichern. Auch sind die primärseitigen Temperaturen am Wärmetauscher-Eingang niedrig, was die Gefahr von Verkalkung und Materialspannungen im Plattentauscher vermindert. Für warmes Trinkwasser sind kleine Kompaktstationen für Wohnungen und den kleinen Haushalt ebenso verfügbar wie große Stationen für Wohnanlagen oder Industriegebäude [4].

Energetisch günstige Heizungsanlage

Geringere Energiekosten waren zum Beispiel für die Modernisierung einer Heizungsanlage in einer Wohnanlage von 304 Wohneinheiten das Ziel. Dabei sollte der Anschlusswert verringert und die Energieverluste im Betrieb der Anlage gesenkt werden. Wichtig war aber auch die zuverlässige störungsfreie Versorgung der Wohnungen. Nach dem Einbau einer modernen Hausanschluss-Station (Hast) für die Fernwärme mit integrierter Strahlpumpe hatten die Ingenieure genau das erreicht.

Mit dem Einbau von Wärmeübergabestationen mit Strahlpumpen passt die Wärmeleistungsregelung den Volumenstrom über den gesamten Lastbereich an den jeweiligen Bedarf an und es sind keine Differenzdruckregler in den Strängen notwendig. Außer der niedrigen Rücklauftemperatur ergab sich auch eine Verringerung der notwendigen Wassermenge mit entsprechender Kostenreduzierung, da die vertraglich festgelegte maximale Wassermenge in einer Fernwärmeanlage oft 50 Prozent der Gesamtheizkosten eines Jahres beträgt.

Die Prüfung der voraussichtlichen Amortisierungsdauer an Hand der zur Verfügung stehenden Daten ergab in diesem Fall eine jährliche Einsparung von 6832 Euro, woraus sich eine voraussichtliche Amortisierungszeit von weniger als sechs Jahren errechnet [5]. Während einer Heiz-periode erfolgte die Optimierung der Heizkurve mittels Daten-aufzeichnung über eine Online-Verbindung. Das Monitoring dient den Verbesserungsmöglichkeiten bei Nutzungs-zeiten, Absenkbetrieb, Heizkurve, Anpassung des Anschlusswertes und so weiter und sollte immer Bestandteil der Erneuerung von Anlagentechnik sein.

Schulgebäude energetisch modernisiert

Die energetische Modernisierung der Heizungsanlage eines großen, verzweigten Schulgebäudes mit zahlreichen Verbrauchern fand mit der Auflage, die Wärmeversorgung sämtlicher Verbraucher sicher zu stellen, und einer verbesserten Wirtschaftlichkeit statt [6].

Der Energieverbrauch vor und nach der Modernisierung der Heizungsanlage ist in der Abbildung oben rechts dargestellt. Die veraltete Heizungsanlage wurde auf eine moderne Brennwerttechnik umgerüstet und auf eine hydrodynamische Wasser-Wärmeverteilung mittels Strahlpumpentechnologie umgestellt. Die Voraussetzungen waren nach der genauen Einregulierung erfüllt und die Gesamthydraulik der Anlage hat sich stabilisiert. Durch das Einsparen von Umwälzpumpen, Differenzdruckreglern und Armaturen verringern sich auch hier Investitions-, Wartungs- und Instandhaltungskosten wesentlich.

Langfristiger Beitrag zur Energiewende

Die Strahlpumpentechnologie und moderne Regelungstechnik verbessern die Wirtschaftlichkeit bei Wärme, Kälte und Lüftung. Der Betreiber spart Geld aufgrund des geringeren Energieverbrauchs und bei der Wartung. Damit amortisieren sich nicht nur die Investitionskosten schnell, sondern es bleibt auch langfristig eine energetische und finanzielle Ersparnis - ein wichtiger Beitrag zur Energiewende in Deutschland.

Weitere Informationen

[1] AG Energiebilanzen e.V.

[2] www.bmu.de; Energiewende Gebäudesanierung (Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit)

[3] M. Gebauer: Vereinfachung des hydraulischen Abgleichs in Heizungsanlagen, HLH, 2011/03 S. 168-171

[4] Kilpper R., Bälz U.: Wirtschaftliche Wassererwärmung mit Kompaktstationen, MGT, 2011/11 S. 22-24

[5] Gebauer M.: Modernisierung einer Fernwärmestation in einer Berliner Wohnanlage, HLH, 2012/04, S. 90-91

[6] Kilpper R.; Bälz U.: Energetische Modernisierung einer Heizungsanlage mit Strahlpumpen, HLH, 2010/12, S. 31-34

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