Wärmewissen: Fernwärme-Rücklauftemperatur zuverlässig einhalten
Interview mit Enrico Hempel, Geschäftsführer der itl-Ingenieurbüro GmbH, Stadtroda
Besonders im Sommer ergibt sich bei Fernwärme ein Problem: Die Warmwasserzirkulation verlangt ein Nachladen, aber in Verbindung mit niedrigen Heizlasten entstehen dabei hohe Rücklauftemperaturen. Immer mehr Fernwärmeanbieter bestehen aber auf das Einhalten einer niedrigen Rücklauftemperatur. Mit einer eXergiemaschine lässt sich die Vorgabe bei allen verbraucherseitigen Betriebszuständen erfüllen. Enrico Hempel, Geschäftsführer vom itl-Ingenieurbüro, berichtet aus der Praxis.
Herr Hempel, warum fordern immer mehr Fernwärmebetreiber das Einhalten niedrigerer Rücklauftemperaturen?
Hempel: Je geringer die Systemtemperaturen, umso geringer die Energieverluste. Je größer die Temperaturspreizung zwischen Fernwärmevor- und -rücklauf, desto höher die mögliche Übertragungsleistung bei gleichen Rohrdimensionen. Ebenso verbessert sich der Heizwerkswirkungsgrad und die Einbindung regenerativer Energien wird erleichtert. Daher sind Fernwärmeanbieter an einem kühlen Rücklauf interessiert.
… ein kühler Rücklauf, der sich bei den Verbrauchern aber nicht immer ergibt. Woran liegt das?
Hempel: Eine sehr häufige Ursache sind die Zirkulationsverluste der Warmwassersysteme. Sie verlangen ein Nachladen, um Warmwasser auf mindestens 60 Grad zu halten, aber bei niedriger Heizlast und geringer Warmwasserzapfung entsteht dabei ein warmer Rücklauf, weil kaum Wärmeenergie verbraucht wird bzw. die Beimischung von kühlerem Rücklaufwasser aus dem Heizsystem fehlt. Das ist natürlich vor allem im Sommer ein Problem.
Wie lässt sich die gewünschte, niedrige Rücklauftemperatur einhalten?
Hempel: Ich habe kürzlich bei einer Anwendung kennengelernt, wie gut eine eXergiemaschine die gewünschte Rücklauftemperatur herstellen kann. Das ist eine spezielle Wasser-Wasser-Wärmepumpe für höhere Temperaturen. Die eXergiemaschine stellt – ganz unabhängig von den jeweiligen Betriebsbedingungen – die erwünschte Temperaturschichtung in einem Heizspeicher her. Das heißt, sie bewirkt einen heißen Vorlauf zu den Wärmeverbrauchern und einen kühlen Rücklauf zu Wärmequellen, also auch zur Fernwärmeübergabestation. Im Projekt nutzen wir hier zum einen die hohen Rücklauftemperaturen aus der Deckung der Zirkulationsverluste und weiterhin auch hohe Rücklauftemperaturen aus der Gebäudeversorgung.
So funktioniert die eXergiemaschine
Die eXergiemaschine ist eine spezielle, strombetriebene Wasser Wasser Wärmepumpe für Quellentemperaturen bis ca. 55 °C und für große Temperaturhübe. Die eXm wird an einen Pufferspeicher (Heizspeicher) angeschlossen. Sie greift über zwei Kreisläufe auf den Pufferspeicher zu: Ein Kreislauf entnimmt Wasser aus dem mittleren Speichersegment, heizt es über den Kondensator auf und speist es in den heißen Speicherbereich ein. Der andere Kreislauf entnimmt ebenfalls Wasser aus dem mittleren Speicherbereich, kühlt es am Verdampfer der eXergiemaschine herunter und führt es in den unteren, kalten Bereich des Speichers. So entsteht ein kühlerer Rücklauf zur Wärmequelle.
Die eXergiemaschine kann also gleichzeitig einen Speicherbereich auf Zieltemperatur aufheizen und einen anderen Speicherbereich auf bis zu 25°C absenken. Lässt sich die Austrittstemperatur steuern?
Hempel: Ja, die Intensität des Heiz- oder Kühleffektes lässt sich steuern. Die eXergiemaschine hat separate Pumpen für den Kreislauf, der über ihren Kondensator geführt wird, und für den Kreislauf über ihren Verdampfer. Über die jeweilige Pumpendrehzahl wird die Temperatur beeinflusst: Je langsamer das Medium den Kreislauf durchströmt, desto größer fällt die Heiz- beziehungsweise die Kühlwirkung aus. Bei Fernwärmesystemen liegt der Fokus oft auf der Kühlung des Rücklaufs.
Bitte erzählen Sie von der Anlage, bei der Sie die eXergiemaschine eingeplant haben.
Hempel: Wir wurden beauftragt, die Sanierung einer Warmwasseranlage zu planen. Es handelte sich um einen mehrere tausend Liter fassenden, alten Trinkwarmwasserspeicher in einer Einrichtung mit einem phasenweise hohen Warmwasserbedarf. Der Speicher wurde im oberen Bereich auf 70 Grad überhitzt, um das System hygienisch zu halten. Allerdings verkalkte die Anlage stark und sollte nach Jahrzehnten ersetzt werden.
Statt des Warmwasserspeichers sind nun zwei Heizspeicher und Frischwassererwärmer, also hydraulische Durchlauferhitzer, installiert. Das Durchlauferhitzer-Prinzip sorgt für Hygiene. Im Zuge der Sanierung sollten wir die strengeren Bedingungen des Fernwärmeanbieters erfüllen, denn statt der früher gewünschten 50 Grad sollen neue Anlagen jetzt nur noch maximal 40 Grad Rücklauftemperatur liefern. Diese Anforderung ließ sich mit der eXergiemaschine leicht erfüllen. Gleichzeitig sorgt sie dafür, dass seltener aus dem Fernwärmenetz nachgeladen werden muss.
Wie haben Sie die passende eXergiemaschine für diese Anwendung ausgesucht?
Hempel: Wir haben uns an den Zirkulationsverlusten im Sommer orientiert. Dann werden bis zu 25 Kilowatt Heizleistung gefordert. Somit erwies sich die eXm pro mit 40 Kilowatt als passendes Modell.
Vielen Dank für das Gespräch, Herr Hempel!
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