Heizungsjournal Sonderdruck 2017/2018 | YADOS Wärmenetztechnik

Sonderdruck
2017/2018
T R E N D S | P R O D U K T E | S Y S T E M E | D E S I G N
Heizen mit konventionellen und alternativen Energieträgern
Seite 2- 4
Hoher Energiebedarf
sichert Wirtschaftlichkeit
KWK-Lösung für Wohnund
Betreuungseinrichtungen
Seite 5- 9
Karl Gentner:
Trinkwassererwärmung
als patentierte Versorgungstechnologie
Seite 10 -12
Treiber der Wärmewende
Ausgestaltung intelligenter
Wärmenetze 4.0

1 I
Hoher Energiebedarf sichert Wirtschaftlichkeit
KWK-Lösung für Wohn- und Betreuungseinrichtungen
Nach Sanierung und Ausbau ihres energetischen Versorgungssystems erzeugt eine Seniorenanlage am
Rande von Augsburg ihren Strom- und Wärmebedarf weitestgehend selbst. Das kürzlich abgeschlossene
Projekt gibt Einblick in die Planung und Umsetzung eines dezentralen Effizienzkonzeptes und zeigt,
wie sich Energieproduktion und -nutzung mit einer KWK-Lösung ökonomisch und ökologisch sinnvoll
koordinieren lassen.
Blockheizkraftwerke (BHKW), die auf Basis
von Kraft-Wärme-Kopplung arbeiten,
spielen eine entscheidende Rolle für das
Gelingen der Energie- und Wärmewende
in Deutschland. Hochentwickelte Anlagen,
die gleichzeitig elektrische Energie
und Wärme generieren, nutzen eingesetzte
Primärenergie deutlich effizienter als
solche mit getrennter Produktion. Bis zum
Jahre 2020 soll die Stromerzeugung aus
KWK-Anlagen deshalb auf 110 Terawattstunden
pro Jahr (TWh/a) und bis zum Jahr
2025 auf 120 TWh/a erhöht werden. Zum
Vergleich: 2016 wurden in Deutschland
insgesamt rund 648 Milliarden Kilowattstunden
(648 TWh) Strom erzeugt.
Lohnend ist die Investition in die KWK-
Technologie vor allem dort, wo regelmäßig
viel Strom und Wärme verbraucht
wird. In Alten- und Pflegeheimen oder in
betreuten Wohnanlagen ist die energetische
Grundlast für gewöhnlich überdurchschnittlich
hoch: Ältere Menschen
weisen häufig einen erhöhten Wärmebedarf
auf, Bäder und Badeeinrichtungen
benötigen warmes Wasser in umfangreichen
Mengen und der Verpflegungsbetrieb
ist energieintensiv. Signifikante
Stromaufwände entfallen darüber hinaus
auf die Technische Gebäudeausrüstung
(TGA) – etwa zur Belüftung, Beleuchtung
oder zum Transport in und am Gebäude.
2 Heizungsjournal 11.2017

Rahmenbedingungen
und Herausforderungen
Die seit 1995 von einer privaten, gemeinnützigen
Stiftung betriebene Seniorenanlage
bietet 121 Personen in unterschiedlichen
Wohneinheiten des Altenpflegeheims
oder in Apartmenthäusern eine
Unterkunft. Zum Seniorenwohnheim gehören
mehrere Gemeinschafts- und Speiseräume,
ein Schwimmbad und Therapieräume
sowie ein Restaurant- und
Cafeteria-Betrieb.
Die Notwendigkeit, das bisherige Versorgungssystem
zu erneuern, resultierte
aus der nahezu bis zur Kapazitätsgrenze
ausgelasteten, energietechnischen Infrastruktur
der Einrichtung. Die Wärmeerzeugung
erfolgte bislang über eine Gaskessel-Kaskadenanlage
mit einer Nennleistung
von insgesamt 900 kW. Aufgrund
des kontinuierlich gestiegenen Wärmebedarfs
im Pflegebetrieb des Seniorenheims
wurde die Anlage dauerhaft unter Volllast
betrieben. Auch die Leistungsgrenze der
Trinkwassererwärmungsanlage (TWE-Anlage)
war erreicht. Weder die erhöhten
Abnahmebedingungen konnten zukünftig
erfüllt werden, noch waren die hygienetechnisch
definierten Betriebstemperaturen
für die zwei 1.500-Liter-Trinkwarmwasserspeicher
mit vertretbarem Energieaufwand
zu bewerkstelligen.
1 I Die besonderen topografischen
und infrastrukturellen Gegebenheiten
erforderten eine passgenaue
Aufstellung des Anlagencontainers
am Standort. Innerhalb eines einzigen
Tages erfolgte die Implementierung
durch Bezler Sanitär und Yados
gemeinsam mit den beauftragten
Gewerken. Die Wärmezentrale wurde
per Schwertransporter angeliefert –
der Container verfügt über ein
Gesamtgewicht von rund 47 Tonnen.
2 I Schematische Darstellung
der neu implementierten Energiezentrale
der Seniorenanlage
(Fließschema).
2 I
Heizungsjournal 11.20173

Kraft-Wärme-Kopplung
Vor diesem Hintergrund erhielt das in
Augsburg ansässige HLK-Unternehmen
Bezler Sanitär GmbH den Auftrag, eine
Lösung zu entwickeln, die eine deutliche
Verringerung des Primärenergieeinsatzes
und damit zugleich eine entsprechende
Senkung der Betriebskosten ermöglichen
würde. Die darauf aufbauende technische
Anlagenplanung und -ausführung
übernahm der in Hoyerswerda beheimatete
Energieanlagenspezialist Yados, der
durch zahlreiche KWK-Großprojekte im
In- und Ausland über die benötigte fachliche
Expertise und Erfahrungskompetenz
verfügt.
Erzeuger und Verbraucher werden eins
Das gemeinsame Konzeptziel beider Unternehmen
sah ein kombiniertes Energieerzeugungssystem
vor, mit dem die Stiftung
sowohl Strom als auch Wärme selbst
dezentral generieren und im Gebäudebetrieb
nutzen kann – und das bei gleichzeitiger
Entlastung der Gaskessel-Anlage
und verbesserter Gesamtheizleistung.
Ermöglicht wurde dies über eine bedarfskonform
dimensionierte KWK-Anlage,
welche die Effizienzpotentiale des
Kopplungsprinzips von Strom- und Wärmeerzeugung
optimal ausschöpft. Der
Umstand, dass die Senioreneinrichtung in
Stadtbergen über keine detaillierten Wärmeverbrauchswerte
aus den Vorjahren
verfügte, stellte dabei eine besondere
Herausforderung für die planenden Ingenieure
dar.
Realisiert wurde schließlich ein von
Yados entwickeltes, auf 8.000 Betriebsstunden
ausgelegtes, wärmegeführtes
BHKW, mit einer thermischen Leistung von
80 kW und einer elektrischen Leistung von
50 kW. Die im KWK-Prozess gewonnene
Wärme sowie rund 400.000 kWh Strom
werden größtenteils direkt am Standort
verbraucht. Zur Aufrechterhaltung der Versorgungssicherheit
bei Spitzenlastzeiten
oder einem Ausfall der Anlage wurde zusätzlich
ein Gas-Brenn wertkessel mit einer
Heizleistung von 260 kW integriert. Der
große Modulationsbereich der Kesselanlage
ermöglicht es, die Leistungsabgabe
automatisch dem jeweiligen Wärmebedarf
– der aufgrund jahreszeit licher Einflüsse
und unterschiedlicher Warmwasser-Anforderungen
variiert – exakt anzupassen.
Die stufenlose Verbrennungsregelung
reduziert dabei die Anzahl der
Brennerstarts, was zu einer deutlichen
Energieeinsparung führt. Der ermittelte
Normnutzungsgrad des Gas-Brennwertkessels
liegt bei knapp über 109 Prozent.
Das vorhandene Trinkwassererwärmungssystem
wurde durch eine leistungsstärkere
Anlage mit zwei 1.000-
Liter-Pufferspeichern ersetzt. Die Anlage
entspricht den sicherheits- und
hygienetechnischen Vorgaben relevanter
Regelwerke (gem. Trinkwasserverordnung,
TrinkwV 2001, und dem DVgW-
Arbeitsblatt W 551 für Planung, Errichtung,
Betrieb und Sanierung von
Trinkwasser-Installationen). Sie basiert
auf einem zweistufigen Speicherladesystem,
das die Nutzung hoher primärer
Vorlauftemperaturen erlaubt. Der Heizwasservolumenstrom
wird dadurch
deutlich verringert und heizwasserseitig
lassen sich sehr niedrige Rücklauftemperaturen
erzielen. Der reduzierte Volumenstrom
wirkt sich positiv auf die Energieaufwandsbilanz
der Anlage aus: Der
Brennwerteffekt ist optimal nutzbar, der
Strombedarf für den Pumpeneinsatz
sinkt und Wärmeverluste in der Installation
werden minimiert.
Aufgrund ihrer bedarfsspezifischen
Auslegung handelt es sich bei KWK-Anlagen
stets um individuelle Kundenlösungen.
Auch die Bauweise und die Art ihrer
Integration in die energetische Infrastruktur
vor Ort sind variabel anpassbar. Da
sich der Aufstellungsort in unmittelbarer
Nähe der Pflegebereiche, des Restaurants
sowie von Feuerwehrzufahrt und Fluchtwegen
befindet, waren für den Ausbau
des Containers (insbesondere für Materialwahl
und Komponentenausführung)
deutlich erhöhte Brand- und Schallschutzvorschriften
einzuhalten. In Stadtbergen
wählte man deshalb eine flexible
Con tainer-Ausführung, bei der die
4 HeizuNgSjournal 11.2017

3 I
Aggregate als Komplettsystem in einer
speziell verstärkten Betonraumzelle verbaut
wurden. Der Container (Abmessungen
L x B x H: 9 x 5 x 4,5 m, Masse: 47 t),
ausgestattet mit BHKW-Aggregat, neuer
Kesselanlage, Pufferspeicher und Übergabestation,
wurde komplett steckerfertig
von Yados in Hoyerswerda vorkonfektioniert.
Basis einer neuen
Wärmenetzgeneration
Weitere Effizienzpotentiale lassen sich erschließen,
wenn technisch hochentwickelte
Energieaggregate im Verbundsystem
überwacht und möglichst präzise
geregelt und gesteuert werden können.
Übergeordnete Regelungseinheiten, wie
beispielsweise die zentrale Leittechnik
„Yado|Link“, vernetzen durchgängig alle
Anlagenkomponenten und Funktionen.
Die auf Basis von Bussystemen umgesetzte
Systemtechnik realisiert dabei vielfältige
Aufgaben: Verarbeitungsprozesse
zwischen unterschiedlichen Energiequellen
und Wärmeverbrauchern werden in
Echtzeit erfasst, analysiert, visualisiert
und bedarfsgerecht modifiziert. Die intelligente
Steuerung sorgt damit für einen
wirtschaftlichen, sicheren und energieeffizienten
Anlagenbetrieb, von dem Betreiber,
Verbraucher und nicht zuletzt die
Umwelt profitieren. Mit dem aktuellen
Förderprogramm „Modellvorhaben Wärmenetze
4.0“, welches seit Juli 2017 erstmals
eine systemische Förderung im Bereich
der Wärmeinfrastruktur vorsieht,
rücken intelligente Leit- und Kommunikationssysteme
verstärkt in den Fokus
von Planern und Betreibern. Sie gelten als
Förderungsvoraussetzung für Einzeltechnologien
und -komponenten sowie zukünftig
auch für Gesamtsysteme. ❚
[Martin Gentner, Yados GmbH,
Hoyerswerda]
Weitere Informationen unter:
www.yados.de
3 I Blick in den Systemcontainer:
Die Betonraumzelle
beherbergt
die komplette Anlagentechnik
für die dezentrale
Energieerzeugung. Hier zu
sehen: Das kompakte
Blockheizkraftwerk
mit einer thermischen
Leistung von 80 kW und
einer elektrischen Leistung
von 50 kW. (Fotos: Yados)
Heizungsjournal 11.20175

Karl Gentner
Trinkwassererwärmung als
patentierte Versorgungstechnologie
Die Bereitstellung von Trinkwarmwasser ist an restriktive Vorgaben der Trinkwasserhygiene gebunden.
Mit wirtschaftlicher und ökologischer Intelligenz punkten Versorgungssysteme, die neben der Einhaltung
von Hygienekonformität zugleich eine hohe Betriebseffizienz gewährleisten können. Ein patentiertes
Trinkwassererwärmungssystem des Anlagenentwicklers Yados zeigt, wie sich durch Senkung der
primärseitigen Rücklauftemperaturen beide Anforderungen erfüllen lassen.
Karl Gentner
YADOS GmbH
Yados-Straße 1
D-02977 Hoyerswerda
Fon (0 35 71) 2 09 32-0
karl.gentner@yados.de
www.yados.de
Krefeld (NRW) im vergangenen Herbst:
Ein Quartier mit rund 900 Wohneinheiten
geht ans Fernwärmenetz. Nach rund
60-jähriger Betriebszeit musste für die
energetische Infrastruktur des Stadtteils
Elfrath ein Neukonzept der Wärmeversorgung
realisiert werden und eine umfassende
Modernisierung von Leitungssystem
und Anlagentechnik erfolgen. Insgesamt
24 Mehrfamilienhäuser der in
den 1960er-Jahren entstandenen Siedlung
sollten dabei mit zukunftsfähigen
Trinkwassererwärmungssystemen (TWE-
Systemen) ausgestattet werden.
Zwei zentrale Leistungskriterien standen
bei der Wahl einer geeigneten Anschlusstechnologie
im Fokus von Versorger
und Anlagenbetreiber: ein hoher Systemwirkungsgrad
zur Unterstützung eines maximal
effizienten Anlagenbetriebs sowie
die technische Umsetzbarkeit hygienerechtlicher
Vorgaben, wie sie unter anderem
die deutsche Trinkwasserverordnung
(TrinkwV 2001), das Arbeitsblatt DVGW W
551 und die Richtlinie VDI 6023 vorsehen.
Die optimale technologische Lösung
für Elfrath erkannten Planer in einem
hoch entwickelten Niedertemperatursystem
des Energieanlagenspezialisten
Yados aus Hoyerswerda (Abb. 1).
Seinem Anlagenkonzept zur Bereitstellung
von Trinkwarmwasser liegt ein
vielfach geprüftes, patentiertes Verfahren
zugrunde, das eine optimale Nutzung
der eingesetzten Primärenergien
bei gleichzeitig konsequenter Einhaltung
hygienetechnischer Regelwerksvorgaben
ermöglicht (Anlagentyp „YADO|AQUA
PR“; Abb. 3). Der Prozess der primären
Rücklauftemperaturauskühlung nimmt
dabei eine Schlüsselfunktion ein.
6 Installationstechnik heizung 2017

1 I
Präzisionstechnologie für den
regelwerkskonformen Anlagenbetrieb
Das 2014 vom deutschen Patentamt
(Patent-Nr. 10 2010 044 535) zugelassene
Verfahren sowie das dazugehörige
Anlagenkonzept sind das Ergebnis weitreichender
Entwicklungs- und Prüfabläufe,
die unter anderem in Zusammenarbeit
mit den Stadtwerken München
(SWM) im Rahmen des Forschungsprojekts
„Low-Ex-Systeme“ untersucht
und getestet wurden. Als Konzeptionsgrundlage
für ein rücklaufoptimiertes
Trinkwassererwärmungssystem wurden
die Bestimmungen der Trinkwasserverordnung
und die des Arbeitsblattes
DVGW W 551 („Trinkwassererwärmungsund
Trinkwasserleitungsanlagen; Technische
Maßnahmen zur Verminderung
des Legionellenwachstums; Planung,
Errichtung, Betrieb und Sanierung von
Trinkwasser-Installationen“) herangezogen
und anlagentechnisch im Detail
umgesetzt. Neben der Bereitstellung einer
hygienisch einwandfreien Trinkwasserqualität,
einschließlich der systematischen
Minimierung des Legionellenrisikos,
wurde als zweites zentrales Leistungsmerkmal
die Erzeugung niedriger Rücklauftemperaturen
definiert. Und das sowohl
beim Fernwärmeanschluss als auch
beim Einsatz von Brennwerttechnik und
Blockheizkraftwerken.
Darüber hinaus sollte durch Verminderung
der Verkalkungsneigung insbesondere
auch einem frühzeitigen Komponentenausfall
(etwa von Pumpen- oder
Wärmeübertragern) vorgebeugt werden.
TWE-Technologie sichert
Temperaturen und Fließverhalten
Das DVGW-Arbeitsblatt W 551 spezifiziert
die Anlagenfahrweise eines TWE-
Systems bei Großanlagen. Die Bestimmungen
betreffen dabei im Wesentlichen
das Zirkulationsverhalten und einzuhaltende
Temperaturniveaus innerhalb der
Anlage.
Demnach ist eine systematische Unterschreitung
der Trinkwarmwassertemperatur
am Trinkwassererwärmeraustritt
von 60 Grad Celsius sowie von minimal
55 Grad Celsius in der Zirkulationsleitung
nicht zulässig. Gleichzeitig muss mindestens
einmal in 24 Stunden eine Erwärmung
des vollständigen Wasserinhalts des
Speichers und der Vorwärmstufe auf 60
Grad Celsius sichergestellt werden (tägliche
Durchladung wegen Vorwärmstufe).
Um die vorgeschriebene Trinkwasserhygiene
stabil zu gewährleisten, ist neben
thermischen Faktoren auch das Fließverhalten
des Trinkwassers in der Installation
zu berücksichtigen. Eine wichtige Rolle
spielt hier die angemessene, fachgerechte
Dimensionierung von Zirkulationsleitungen
und Zirkulationspumpen sowie
ein kontinuierlicher Zirkulationsfluss, der
nicht länger als maximal acht Stunden pro
Tag unterbrochen werden darf.
Diese in den Regelwerken verbindlich
festgelegten Richtwerte orientieren sich
primär am aktuellen Wissensstand der
Kontaminationsforschung und der Installationspraxis,
die sich mit den Ursachen
1 I Das Firmengelände der
Yados GmbH in Hoyerswerda (2016).
Installationstechnik heizung 2017 7

und Auswirkungen mikrobieller Verunreinigungen in
wasserführenden Systemen beschäftigt. Mit dem
Ziel, einen höchstmöglichen Schutz des Verbrauchers
vor gesundheitsgefährdenden Organismen wie dem
Legionellen-Bakterium (Legionella pneumophila) zu
gewährleisten, werden dabei vor allem replikationsfördernde
Einflussgrößen fokussiert. Auf Grundlage der
1. novellierten Trinkwasserverordnung traten 2011
unter anderem für Betreiber von Großanlagen verschärfte
Prüf- und Handlungspflichten in Kraft.
Für die Ausbildung von Legionellen-Kolonien innerhalb
eines Installationssystems sind zwei Faktoren besonders
relevant: hohe Stagnationszeiten des Trinkwassers
von über acht Stunden und kritische Temperaturbereiche
zwischen 25 und 55 Grad Celsius.
2 I
Entsprechend lassen sich hochentwickelte und präzise
regelbare TWE-Systeme als wirksames Instrument in
der Legionellenprävention gemäß der allgemein anerkannten
Regeln der Technik (a.a.R.d.T.) nutzbar
machen. Wie auf Grundlage gesenkter Primär-Rücklauftemperaturen
gleichzeitig hohe energetische und
wirtschaftliche Effizienzpotenziale erschlossen werden
können, zeigt das Funktionsprinzip der „YADO|AQUA
PR“-Anlage (Abb. 4).
Verbesserte Energiebilanz
durch gesenkte Rücklauftemperaturen
3 I
2 I Trinkwassererwärmungssystem „YADO|AQUA PR“.
3 I Systeminstallation in einem Münchener Mehrfamilienhaus
mit Fernwärmeübergabestation, Trinkwassererwärmungssystem
und Pufferspeicher.
4 I Funktionsschema des Trinkwassererwärmungssystems
„YADO|AQUA 1IL-PR“ mit zweistufiger Speicherladung.
5 I 24-Stunden-Messprotokoll aus einem Münchener
Neubau während der Heizperiode: Die ermittelten durchschnittlichen
Fernwärme-Rücklauftemperaturen liegen bei
knapp über 30 Grad Celsius.
6 I Messergebnisse nach Sanierung der Warmwasserbereitung
ohne Heizungsoptimierung: In einem Altbau wurde lediglich
ein Registerspeicher durch das Trinkwassererwärmungssystem
„YADO|AQUA PR“ ersetzt. Die Auswertung zeigt, dass der
benötigte Volumenstrom des Fernheizwassers deutlich reduziert
und die Rücklauftemperaturen gesenkt werden konnten.
(Fotos/Grafiken: Yados GmbH)
Die TWE-Anlage basiert auf einem zweistufigen Speicherladesystem,
bei dem durch Nutzung hoher primärer
Vorlauftemperaturen der Heizwasservolumenstrom
deutlich verringert werden kann und sich heizwasserseitig
sehr niedrige Rücklauftemperaturen erzielen
lassen. Dies geschieht durch eine spezielle Schaltung
eines Vor- und Nachwärmers: Der Zirkulationsvolumenstrom
wird dabei permanent und unterbrechungsfrei
erwärmt, sodass eine optimale Schichtung im Trinkwarmwasser-Pufferspeicher
unter Einhaltung der hygienerechtlich
geforderten Trinkwarmwassertemperatur
von 60 Grad Celsius erzielt werden kann. Die Reduktion
des Volumenstroms wiederum wirkt sich positiv auf
die Energieaufwandsbilanz der Anlage aus; so lassen
sich der Strombedarf für den Pumpeneinsatz senken
und Wärmeverluste in der Installation minimieren.
Im Prozess der Speicherladung wird zunächst die
Trinkwarmwassertemperatur des Zirkulationsvolumenstroms
im Nachwärmer auf 60 Grad Celsius angehoben.
Gleichzeitig kühlt Wasser aus dem Trinkwarmwasserspeicher
den Heizwasservolumenstrom im Vorwärmer
gezielt ab. Sobald dem Speicher im oberen
Teil Trinkwarmwasser über die Zapfstellen entnommen
wird, strömt kaltes Trinkwasser in den unteren Teil
des Pufferspeichers nach. Dieser Vorgang führt zu
einer natürlichen stabilen Temperaturschichtung im
Speicher, ohne dass eine zu große Mischzone durch
Konvektion entsteht (Schichtladespeicherung). Wird
aus dem Pufferspeicher kein Trinkwarmwasser gezapft,
etwa in der Nacht, läuft kein kaltes Trinkwasser
mehr in den unteren Speicherbereich nach. Das Trinkwarmwasser
verdrängt den Restbestand des Kaltwassers,
bis der Trinkwarmwasserspeicher auf 60 Grad
8 InstaLLatIonstEchnIK hEIzUng 2017

durchgeladen ist. Erst ab diesem Zeitpunkt
steigt die Primärrücklauftemperatur
wieder an.
Effizienzpotenziale bei Planung,
Betrieb und Werterhaltung
Heizwasservorlauf
Regelung
Trinkwarmwasser
Aus ökonomischer Perspektive lassen sich
durch Einsatz eines rücklaufoptimierten
TWE-Systems bereits im Planungsprozess,
aber auch in der nachgelagerten
Instandhaltung Einspareffekte realisieren,
unter anderem
• bei der Dimensionierung
des Leitungsnetzes durch
verringerte Leitungsquerschnitte,
• bei der Dimensionierung der
Anlagentechnologie durch Wahl
kleinerer Pumpen mit niedrigerer
elektrischer Energieaufnahme,
Heizwasserrücklauf
Dreiwegeventil
Wärmezähler
Speicherladekreispumpe
Heizwasserladepumpe
Wärmeübertrager
(Vorwärmer)
Wärmeübertrager
(Nachwärmer)
Durchgangsventil
Trinkwarmwasser
Zirkulationspumpe
Trinkwarmwasserzirkulation
Speicher
Trinkwasser
4 I
• im Rahmen von Wartungs- und
Instandsetzungsmaßnahmen aufgrund
verringerter thermischer Beanspruchung
des Installationsmaterials und
reduzierter Verkalkungsneigung.
Die Höhe des real erzielbaren Effizienzgrades
hängt dabei wesentlich vom
individuellen Nutzerverhalten (Abnahmemenge
des Warmwassers) ab und wird
entscheidend durch bau- und planungstechnische
Maßnahmen beeinflusst.
Hierzu zählen insbesondere die angemessene
Dimensionierung und Dämmung
des Trinkwarmwasserspeichers und der
Zirkulationsleitungen sowie ein sachgerechter
hydraulischer Abgleich.
Fazit
70,00
65,00
60,00
55,00
50,00
45,00
40,00
35,00
30,00
25,00
20,00
15,00
10,00
5,00
0,00
Georg Kerschensteiner Str. 29 am 17. Januar 2015
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Fernwärme Rücklauf Speicherfühler Aus Trinkwarmwasser FW Rücklauf Soll: 45°C FW Rücklauf Mittelwert: 32,39 °C
5 I
Anlagenkonzepte, wie sie Yados für das
Wohnquartier Krefeld-Elfrath entwickelt
und umgesetzt hat, unterstützen
Netz- und Anlagenbetreiber darin, hohe
hygienerechtliche Vorgaben durch wirtschaftlich
intelligent planbare Versorgungslösungen
zu realisieren. Bereits
heute ist das TWE-System „YADO|AQUA
PR“ bundesweit in vielen Städten (darunter
München, Augsburg, Erding, Markt
Schwaben, Freising, Ulm, Stuttgart, Freiburg,
Frankfurt, Offenbach, Köln, Bonn,
Krefeld und Potsdam) sowie in vielen kleineren
Fernwärmenetzen im Einsatz (Abb.
2, 5, 6). Es fördert dort ein zukunftsfähiges
Energiemanagement, das die zentralen
Kriterien der Sicherheit, der ökonomischen
Effizienz, des Nutzungskomforts
und nicht zuletzt der ökologischen
Nachhaltigkeit in einer ausbilanzierten
Gesamtlösung zusammenführt. ❚
WA Enzensbergerstr. 30, 85570 Markt Schwaben
90
24.000
°C l/h
85
22.000
80
20.000
75
18.000
70
16.000
65
14.000
60
12.000
55
10.000
50
8.000
45
6.000
40
4.000
35
2.000
30
0
Durchschnittliche
Rücklauftemperatur
Fernwärme vor
Optimierung = 57,52°C
(inkl. Heizung)
Durchschnittliche
Rücklauftemperatur
Fernwärme nach
Optimierung = 44,29°C
(inkl. Heizung)
WzVLPrimär(°C)
WzRLPrimär(°C)
Primärvolumenstrom( l/h)
Durchschnittlicher
Volumenstrom
Fernwärme vor
Optimierung = 4123 l/h
(inkl. Heizung)
Durchschnittlicher
Volumenstrom
Fernwärme nach
Optimierung = 1852 l/h
(inkl. Heizung)
6 I
Installationstechnik heizung 20179

Wärmeversorgung
1 I
Treiber der Wärmewende
Ausgestaltung intelligenter Wärmenetze 4.0
Der erfolg des energetischen
transformationsprozesses
hängt wesentlich von der
entwicklung in der Wärmeversorgung
ab. Dies betrifft
insbesondere den gebäudesektor.
eine geeignete
option für eine ökologisch
und ökonomisch tragfähige
Wärmeerzeugung und
-verteilung bieten intelligente
Wärmenetze der sogenannten
vierten generation. Welche
Vorteile eine solche Netzlösung
aus Betreiber- und
nutzerperspektive aufweisen
kann, zeigt beispielhaft
das nahwärmeprojekt der
gemeinde Teningen in
Baden-Württemberg.
Gut die Hälfte des deutschen Endenergieverbrauchs
entfällt auf die Wärmeversorgung:
mehr als 50 Prozent auf den
Raumwärmebedarf, gefolgt von Prozesswärme
und Warmwasser. Damit bietet
der Wärmemarkt ein beachtliches Potential
für die Transformation der Energieversorgung
und die Reduktion von CO 2 -
Emissionen. Im Fokus der angestrebten
Wärmewende steht die Aufgabe, Effizienzpotentiale
regenerativer Energieträger
– auch im Mix mit fossilen Brennstoffen
– wirksam auszuschöpfen.
Als Schlüsselkonzepte setzen sich zunehmend
progressive Nahwärmenetzlösungen
durch. Langfristig technologieoffene
Systeme gestatten es, erneuerbare
Energien, optimierte Kraft-Wärme-Kopplung
(KWK) und Abwärme mit höchsten
Wirkungsgraden und einer deutlichen
Reduktion des Primärenergieeinsatzes zu
nutzen. Neben regulatorischen Rahmenbedingungen
und staatlichen Anreizprogrammen
werden insbesondere Gemeinden
und Kommunen dazu beitragen
können, den Auf- und Ausbau der netzgebundenen
Wärmeversorgung zu forcieren.
Ausschlaggebend für die erfolgreiche
Umsetzung auf kommunaler
Ebene sind strategisch ausgerichtete
Wärmeplanungen, die gegebene Rahmenbedingungen
integrieren und adäquate
wirtschaftliche und technische
Konzepte für Stadtteile, Quartiere und
Einzelgebäude weiterentwickeln.
Projekt Nahwärmenetz:
Einflussgrößen und Erfolgsfaktoren
Die Entscheidung für den Auf- oder Ausbau
eines Nahwärmenetzes geht mit der
Festlegung auf ein langfristig angelegtes
Versorgungskonzept und den zugehörigen
Investitionserfordernissen einher. Detaillierte
Machbarkeitsstudien und solide
Wirtschaftlichkeitsberechnungen auf Basis
harter Standortfaktoren und ökono-
10 qUaRtIERsEntWIcKLUng Heizungsjournal-special 1-2.2018

1 I Mobile Kompaktlösung an der Wärmequelle: Am Standort der
Biogasanlage baute Yados eine Hydraulikstation mit Wärmeauskopplungsmodul
und integrierten Netzpumpen zur Einspeisung in das Wärmenetz
in Containerausführung. Das Containersystem ist ortsbeweglich
und kann bei Bedarf flexibel umgesetzt werden.
mischer Einflussgrößen sind daher für
eine belastbare Kalkulationsgrundlage
unerlässlich.
Die Wirtschaftlichkeit von Nahwärmekonzepten
ist eng an die reale Zahl der
Anschlussnehmer gebunden. Nur wenn
der Abnehmerkreis ausreichend groß ist,
können Investitionsbeträge kosteneffektiv
umgelegt und konkurrenzfähige Wärmepreise
generiert werden. Synergien
und Einsparpotentiale, wie beispielsweise
anstehende Heizungserneuerungen in
öffentlichen Liegenschaften, sollten bereits
im Vorfeld einer Planung evaluiert
und berücksichtigt werden.
In der Gemeinde Teningen, unweit
von Freiburg, lag der energetische Verbrauchsanteil
der kommunalen Liegenschaften
mit 8,5 Prozent des Primärenergiebedarfs
im Stadtteil Oberdorf
überdurchschnittlich hoch. Gleichzeitig
verfügten mehrere Einrichtungen über
Heizungssysteme mit akutem Modernisierungsbedarf.
Über 90 Prozent der
Anlagen in Oberdorf wurden bislang
mit fossilen Energieträgern betrieben,
größtenteils mit Gas oder Heizöl. Das
Durchschnittsalter der Heizanlagen betrug
17 Jahre.
Ein zentrales Argument für eine netzgebundene
Wärmeversorgung stellen lokale,
regenerative Wärmeerzeuger dar.
Die Gemeinde Teningen konnte eine bereits
existierende Biogasanlage mit einer
thermischen Leistung von 250 kW und
mehreren Millionen ungenutzter Kilowattstunden
Wärme pro Jahr in ihr
Nahwärmenetz einbinden. Zweite Wärmequelle
ist eine Holzhackschnitzel-Heizung
im Schul- und Sportzentrum mit
600 kW und freier Leistungskapazität. Bis
zu 95 Prozent der benötigten Heizmasse
liefert ein nahegelegenes Sägewerk. Die
kurzen Transportwege ermöglichen es,
das energetische Potential des biogenen
Festbrennstoffes – mit vergleichsweise
geringer Energiedichte bei großem Volumen
– optimal auszuschöpfen. Darüber
hinaus unterstützt eine dezentrale Versorgung
die Entwicklung der Wirtschaftsregion:
Die gesamte Wertschöpfungskette
ist lokal angesiedelt, die Abhängigkeit
von externen Preisen, Ressourcen oder
Lieferengpässen entfällt.
Ergänzt wurde die neue Infrastruktur
der Gemeinde um eine Solarthermieanlage
und einen zuschaltbaren Gaskessel
mit 600 kW. Drei Pufferspeicher mit insgesamt
54 m³ Fassungsvermögen sorgen
für den Ausgleich von Wärmeangebot
und Wärmenachfrage.
Planung von 6 km Wärmenetz
Ein gleichermaßen ökonomisch wie ökologisch
effektives Nahwärmenetz basiert
auf einer professionellen Planung und
ausgereifter Anlagentechnik. Die Planung
für das 6.000 m umfassende Wärmenetz
in Teningen erfolgte in Rosenheim.
Die dort ansässige dme consult GmbH
konzipierte ein hocheffizientes, saisonal-speichergestütztes
und mit diversen
erneuerbaren und konventionellen
Energieträgern betreibbares Netz der sogenannten
vierten Generation.
Die Herausforderung bei der Planung
eines zukunftsfähigen Wärmenetzes
liegt darin, ein (betriebs-)technisches
Design zu entwickeln, das die effektive
Absenkung des erforderlichen Primärenergieeinsatzes
unterstützt. Das Niveau
der Netzvorlauf- und -rücklauftemperaturen
spielt dabei eine wesentliche Rolle.
Gelingt es, diese durch eine möglichst
hohe Spreizung dauerhaft auf einem optimalen
Niveau zu halten, können Pumpenleistungen
und Rohrdimensionierungen
reduziert werden. Das spart nicht
nur Investitionskosten für Material und
Anlagentechnik, sondern verhindert zugleich
kostenintensive Wärmeverluste
im Netz. In Teningen wurden hochwertige
Stahldoppelrohre mit verstärkter
Dämmschicht verbaut. Im Vergleich zu
Einzelleitungen übertragen diese deutlich
weniger Wärme an das umgebende
Erdreich.
Für die Gemeinde Teningen fertigte
die Yados GmbH leistungsfähige, rücklaufoptimierte
Komponenten zur Wärmespeicherung,
-verteilung und -übergabe
sowie zur Bereitstellung von Warmwasser.
Das Unternehmen mit Sitz in Hoyerswerda
ist spezialisiert auf ganzheitliche
Energielösungen, die den Gesamtprozess
von der Erzeugung bis zur Verteilung und
Übergabe abdecken. Sämtliche Komponenten
und Energieerzeuger sind in
ein übergeordnetes Leit- und Kommunikationssystem
(„Yado|Link“) integriert.
Unabhängig von der Art des Energieträgers
– Holz, Biogas oder Solarenergie
– und der jeweiligen Leistung des Wärmeerzeugers
sorgt das intelligente, zugriffsgeschützte
System für eine präzise
und stabile Zusammenarbeit der Einspeiser.
Das LON-Bus basierte Netzwerksystem
ermöglicht es, das Gesamtnetz inklusive
Energieerzeuger und Einspeisepumpen
exakt zu steuern und zu überwachen.
Alle anlagenrelevanten Daten werden
an integrierten Knotenpunkten erfasst,
über eine Regelungseinheit an das Leitsystem
übermittelt und dort analysiert
und visualisiert. Kommt es bei den gesteuerten
Erzeugungs- und Verteilprozessen
zu Abweichungen oder Störungen,
lassen sich diese unmittelbar in Echtzeit
beheben. Darüber hinaus kann die Anlagenfahrweise
über das Leitsystem
kontinuierlich modifiziert und optimiert
werden. Die Ausregelung der Rücklauftemperaturen
in Abhängigkeit vom Nutzerverhalten
ist während des laufenden
Betriebs per Fernwartung möglich.
quartiersentwicklung HeizungsJournal-Special 1-2.201811

Fazit: Konkurrenzfähige
Wärmegestehungskosten
Seit über zwei Jahren ist das mit Fördermitteln
der Europäischen Union und dem
Land Baden-Württemberg unterstützte
Teninger Wärmenetz in Betrieb. Die Wärmegestehungskosten
für die Anschlussnehmer
sind stabil und liegen im Vergleich
leicht unter den Kosten für das
Heizen mit fossilen Energieträgern.
Bereits im ersten Jahr sparte die Gemeinde
durch den Netzbetrieb 351.000
Liter Heizöl. Das entspricht einer CO 2 -
Vermeidung von 1.100 Tonnen. Vor
dem Hintergrund der positiven Ökobilanz
wurde das Leuchtturmprojekt
gleich mehrfach ausgezeichnet, unter
anderem im Rahmen des Förderprogramms
„Klimaschutz mit System“ des
Umweltministeriums Baden-Württemberg
und vom Fachverband Biogas.
In einer zweiten und geplanten dritten
Bauphase erweitert die Gemeinde
ihr Wärmenetz, sodass sich die energetische
Effizienz und Wirtschaftlichkeit
des Netzbetriebs zukünftig weiter verbessern
lässt. Gleichzeitig profitieren
rund 200 zusätzliche Haushalte mit 450
Verbrauchern, das Schulzentrum, zwei
Kindergärten und das örtliche Freibad
von einer stabilen und umweltentlastenden
Wärmeversorgung.
❚
[Karl Gentner, Yados GmbH]
2 I
Weitere Informationen unter:
www.yados.de
www.nahwaerme-teningen.de
2 I Vom Wärmenetz in den Haushalt:
Die Wärmeübergabestation ist das Bindeglied
zwischen Wärmeanschlussleitung und
Gebäudeheizung. Sie reguliert Druck und
Temperatur des Heizwassers und berechnet
die notwendige Vorlauftemperatur nach
individuellen Vorgaben und abhängig von den
jeweils vorherrschenden Außenbedingungen.
(Fotos: Yados)
3 I
4 I
3 I Die Oberfläche des Leit- und Kommunikationssystems:
Der energetische Soll- und
Istzustand jedes einzelnen Wärmenetzkunden
wird in Echtzeit visualisiert. Heizzeiten,
Temperaturen und Einstellungen können
per Fernwartung überwacht und gesteuert
werden. Darüber hinaus zeigt das System den
Wärmeverbrauch des Abnehmers in Tages-,
Wochen- und Monatsbalkendiagrammen an.
Aus den generierten Daten lassen sich
wichtige Informationen für die Betriebsoptimierung
ableiten.
4 I Der größte regenerative Energieerzeuger
in Teningen ist die Holzhackschnitzel-Heizung
an der örtlichen Schule. Die verwertbare
Biomasse wird von einem regionalen Sägewerk
bezogen und in einem 120 m³ großen Speicher
gelagert. Sein Fassungsvermögen reicht im
Winter für zwei Wochen Volllastbetrieb.
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