Die Nahwärmeversorgung in Altdorf bei Nürnberg für 423 Wohnungen in vier Hochhäusern und mehreren Ein- und Zweifamilienhäusern war bei ihrer Inbetriebnahme 1977 eine der ersten in Bayern und galt als Vorzeige-Projekt. Die Wärmezentrale mit drei Öl-Heizkesseln stellte eine Wärmeleistung von insgesamt fast 5 MW zur Verfügung. In die Heizkreise der einzelnen Gebäude wurde zunächst direkt eingespeist, zwischenzeitlich wurden sie jedoch mittels Plattenwärmeübertragern vom Nahwärmenetz entkoppelt. Trotzdem kam es in der Anlagenhydraulik immer wieder zu gravierenden Fehlfunktionen. Trotz üppiger Heizleistung wurden einzelne Bereiche unterversorgt. Erst mit der Sanierung der Hydraulik durch den Einbau eines Zortström-Zentrums in zweistufiger Ausführung im Sommer 2006 konnte dies behoben werden.
Betrieben und unterhalten wird die Nahwärmeversorgung durch eine Wärmelieferungsgenossenschaft. Die Eigentümer der Wohnungen sind gleichzeitig Mitglieder der Genossenschaft und haben deswegen ein wirtschaftliches Interesse an einem energieoptimierten Betrieb. Die stark gestiegenen Heizölpreise hatten die Eigentümergemeinschaft im letzten Jahr dazu veranlasst, Maßnahmen zur Senkung der Energiekosten zu ergreifen. Gleichzeitig sollte auch die damals kaum zu beherrschende Hydraulik optimiert werden, um die damit verbundenen erheblichen Energieverluste zu reduzieren.
Hydraulische Entkopplung
Beim Modernisierungskonzept setzte die Genossenschaft auf die Wärmeerzeugung mit erneuerbaren Energien und zur Effizienzsteigerung bei der Wärmeverteilung auf die Entkopplung der Heizwasserströme. In der Planungsphase setzt sich ein angehender Versorgungstechnik-Ingenieur im Rahmen seiner Diplomarbeit mit den Hydraulikproblemen in der Wärmeverteilung auseinander: Trotz ausreichender Heizleistung blieb ein Teil der Nahwärmeheizstränge stets unterversorgt. Die Heizungspumpen für die drei Fernleitungsgruppen beeinflussten sich durch die ungünstige Verrohrung in der Heizzentrale gegenseitig so stark, dass die Heizwasserströme teilweise gegeneinander ausgebremst wurden.
Der Lösungsvorschlag: Das Heizwasser durch Einsatz eines Zortström von einem zentralen, hydraulisch neutralen Punkt aus zu verteilen. „Die Aufgabe bestand darin, die notwendige Menge Heizungswasser mit der richtigen Temperatur zur richtigen Zeit am richtigen Ort zur Verfügung zu stellen,“ erklärt Rembert Zortea, der die Zortström-Technologie entwickelt hat und anlagenspezifisch produziert.
Einfache Einbindung
Auf der Seite der Wärmeerzeugung für die Nahwärmeversorgung wurden die drei bestehenden Öl-Heizkessel (2090 kW, 1750 kW und 1120 kW) um eine Holzhackschnitzel-Anlage mit 800 kW ergänzt. Einer der Ölkessel dient damit auch bei Spitzenabnahme nur noch als Reserve. Mit dieser Maßnahme konnten die spezifischen Kosten beim Energieeinkauf gesenkt werden.
Die Energieeffizienz des Gesamtsystems hängt jedoch maßgeblich von einer funktionierenden Anlagenhydraulik ab. Der Einsatz des Sammel- und Verteilsystems von Zortea Gebäudetechnik ermöglichte eine einfache hydraulische Einbindung der Wärmeerzeuger und Fernwärmestränge. In der Heizzentrale der Altdorfer Wohnanlage bildet jetzt ein zweistufiges ZortströmZentrum den hydraulischen Mittelpunkt des Heizsystems. Drei drehzahlgeregelte Heizungspumpen, mit einem Gesamtvolumenstrom von 180 m3/h, transportieren von dort die Wärme zu den Abnehmern.
Entscheidend ist dabei auch, dass sowohl die Abnehmerkreise als auch der Rücklauf zu den Wärmeerzeugern mit den geforderten Temperaturen versorgt werden. Da die vorhandenen Öl-Heizkessel und die zusätzliche Holzhackschnitzelanlage mit unterschiedlichen Systemtemperaturen und Massenströmen arbeiten, wird das Heizwasser der gesamten Anlage über das hydraulisch neutrale Sammel- und Verteilsystem geführt.
Heizungsverteiler unter der Decke
Vorlaufseitig speisen die Wärmeerzeuger in die obere Ebene des zweistufigen Zortström ein. Dessen Grundprinzip ist, dass die Rohranschlüsse für die Heizkreisläufe um den zylinderförmigen Grundkörper herum angeordnet sind. Wie aus dem Prinzipschema ersichtlich ist, steht „zweistufig“ für zwei Temperaturebenen. Die Unterteilung innerhalb des Verteilers in zwei Temperaturstufen erfolgt durch integrierte Turbulatoren. Diese trennen zwar die vor- und rücklaufseitigen Massenströme voneinander, lassen jedoch ein Überströmen in die jeweils andere Temperaturzone zu, um ausgeglichene Druckverhältnisse zu schaffen.
An der oberen Ebene sind die vorlaufseitigen Einspeisepunkte der Wärmeerzeuger und die Abgänge der drei Nahwärmestränge angeordnet. Das Volumen des Zortström ist anhand des Gesamtmassenstroms und der vorgegebenen Temperaturspreizung ausgelegt, so dass die geforderten Rücklauftemperaturen gewährleistet werden können.
Wegen der Installationsdichte in der vorhandenen Heizzentrale erwies sich auch die Geometrie des Zortström als vorteilhaft. Der Heizungsverteiler mit einem Durchmesser von 1200 mm wurde zwischen den Öl-Heizkesseln auf ein eigens gefertigtes Stahlträger-Podest gestellt. Damit konnten die unter der Decke geführten Heizungs-Rohrleitungen auf gleicher Höhe an den Verteiler angeschlossen werden.
Regelungstechnisch unkompliziert
Durch die Verteilung der Heizwasserströme über einen hydraulischen Nullpunkt ist auch bei wechselnden Lastverhältnissen und im unteren Teillastbereich eine gleichmäßige Wärmeverteilung gewährleistet. Gleichzeitig konnte damit die Heizungsanlage installations- und regelungstechnisch vereinfacht werden, sodass auch auf einen aufwendigen regelungstechnischen Überbau verzichtet werden konnte.
Der Anlagenbetrieb ist für das Prinzip „Vorlaufhochhaltung“ konzipiert: Die Führungsgröße ist die (von der Außentemperatur abhängige) Vorlauftemperatur, die durch einen an der Oberseite des Zortströms eingesetzten Fühler gemessen wird. Die Regelung weist dem Biomasse-Kessel die Rolle als „Master“ zu, die Öl-Heizkessel werden nach Bedarf einzeln zugeschaltet. Für den Anlagenbetreiber ergaben sich daraus niedrigere Investitions- und Betriebskosten, da jedes nicht benötigte Regelungsorgan die Zahl potenzieller Störungsfaktoren reduziert.
Schon im Sommer gespart
Bereits wenige Wochen nachdem der Betrieb der hydraulisch optimierten Anlage mit dem zusätzlichen Biomasse-Heizkessel aufgenommen wurde, verzeichnete die Wärmelieferungsgenossenschaft für die Warmwasserbereitung der angeschlossenen Gebäude eine Energieeinsparung von 18 %. Die Trinkwassererwärmung erfolgt in den einzelnen Gebäuden jeweils durch Speicher, die über das Nahwärmenetz beheizt werden. So konnte diese Ersparnis durch Messung der abgegebenen Energiemengen ermittelt werden.
Die Ergänzung des bestehenden Nahwärmenetzes für die Wohnanlage in Altdorf bei Nürnberg mit einem 800-kW-Biomasse-Heizkessel wurde vom Freistaat Bayern, der in die Energieerzeugung aus nachwachsenden Rohstoffen investiert, mit rund einem Viertel der gesamten Investitionskosten bezuschusst. Der Holzhackschnitzel-Heizkessel verfeuert pro Jahr bis zu 2000 t Biomasse. Mit dem Betrieb der Anlage werden nach einer Mitteilung des Bayerischen Staatsministeriums für Landwirtschaft und Forsten jährlich annähernd 1500 t CO2-Emissionen vermieden. Die Optimierungsmaßnahmen für die Heizungs-Hydraulik leisten einen zusätzlichen Beitrag durch die gesteigerte Energieeffizienz. Wolfgang Heinl
Verwaltung mehrerer Temperaturstufen
Eine Option der Zortström-Technologie ist es, das Heizsystem mit mehr als nur zwei Temperaturstufen zu fahren. Mit der „Multi“-Ausführung lassen sich drei bis fünf unterschiedliche Temperaturebenen verwalten. Dies kommt dem auf Energieeffizienz ausgerichteten Trend entgegen, konventionelle Wärmeerzeugung mit regenerativen Energien zu kombinieren. Auch auf Seite der Wärmeabgabe lassen die Vielfalt an Systemen und die Ansprüche an den Wärmekomfort kaum noch Standardlösungen zu. Es entstehen Anlagen-Konstellationen, die mitunter selbst in privaten Einfamilienhäusern höchste Anforderungen an die Anlagenhydraulik stellen: Ein Beispiel ist Brennwerttechnik in Verbindung mit Solarthermie und Heizkörper in Kombination mit einem Flächenheizsystem. Jede dieser Komponenten arbeitet mit unterschiedlichen Systemtemperaturen, die in der Heizwasserverteilung die Abstufung in mehrere Temperaturebenen erfordert.
Der Heizwasserverteiler und -sammler bildet den Nullpunkt der Anlage und wirkt gleichzeitig als hydraulische Weiche. Damit wird der Volumenstrom durch den Wärmeerzeuger nicht von den Umwälzmengen in den Sekundärkreisen beeinflusst. Das ermöglicht niedrige Rücklauftemperaturen und steigert bei Brennwertheizkesseln den Nutzungsgrad. Pumpen lassen sich durch den definierten Nullpunkte exakt und ohne Zuschläge und unabhängig von parallel betrieben Pumpen dimensionieren. Damit vereinfacht die Zortström-Technologie die Planung und Installation von Heizsystemen und unterstützt ihren energieeffizienten Betrieb.
Rembert Zortea A-6845 Hohenems Telefon +43 55 76 7 20 56 Telefax +43 55 76 72 05 66 E-Mail: zortstroem@zortea.at https://www.zortea.at/
