Monovalentes Wärmenetz mit Pellets: Ein Risiko?

Die Umstellung von Öl auf Holzpellets erfolgte bei der Michael-Gemeinschaft e. V., einer Jugendhilfeeinrichtung im Landkreis Lörrach, schon 2019. Davor liefen für zwei Häuser zwei Ölheizungen parallel. Nach Erweiterung um einen Saal, mehrere Werkstätten und Büro- sowie Nebenräume heizt die Einrichtung für rund 50 Bewohner drei Gebäude mit Holzpellets über ein monovalentes Nahwärmenetz, d. h. mit nur einem Energieträger und mit nur einem Heizsystem. Das ist in dieser Größe und geografischen Lage durchaus ungewöhnlich, denn für Spitzenbedarf, Betriebsstörung oder Wartung ist in der hervorgehobenen, ungeschützten Lage, in 780m Höhe auf der Schweigmatt, kein zweiter Heizungskessel eingebaut. Ein Risiko?

Transportgewicht und Energiebedarf reduziert

Auch beim neuen Brennstofflager für Holzpellets hat sich die Bauherrschaft für etwas Besonderes entschieden: Ein Behälter aus Betonfertigteilen mit ovaler Grundfläche und automatischer Entnahmetechnik. Er wurde so im Hanggelände integriert, dass darunter kaum Aushub erforderlich war und darüber eine befahrbare Fläche vor dem neuen Saal entstand. Im Hinblick auf Platzbedarf und Transportkosten ist der Ovalbehälter eine optimierte Speichervariante bisheriger Typen des Herstellers Mall. Denn mit reduziertem Gewicht und einer für LKW-Transporte verbesserten Geometrie verringern sich der Aufwand von Material und Energie bei der Herstellung sowie die Zahl der Fahrten bei der Lieferung der Fertigteile, aus denen der Behälter besteht.

Das war bei dieser abgelegenen Baustelle ein großer Vorteil. Denn wer die Hauptstraße zwischen Schopfheim und Feldberg verlässt und mit dem Auto nach 20 Minuten auf der Schweigmatt ankommt, ist nicht mehr im, sondern auf dem Schwarzwald. Die Strecke wird enger und steiler, in den Kurven zunehmend winkelig und unübersichtlich. Und das größte Einzelteil der Lieferung hat 8,00 m Länge, 2,48 m Breite sowie rund 22 Tonnen Gewicht. Doch auch dieses verursacht weder Überbreite noch Übergewicht, daher erfolgt der Transport preiswert und ohne Sondergenehmigung zum Einbauort. In der Folge verbessert sich die Ökobilanz und der Preis des Pelletspeichers.

Betriebsweise: Aus der Not eine Tugend gemacht

Die letzten Kilometer dieser Strecke bedeuten auch eine erschwerte Lieferung von Holzpellets durch die üblicherweise großen Tankfahrzeuge, insbesondere im Winter nach heftigem Schneefall. Ein Brennstoffvorrat von drei Monaten wäre in den Hochlagen des Schwarzwalds wünschenswert, doch der gewählte Speicher fasst nur halb so viel. Eine bivalente Heizung mit zusätzlichem Kessel und alternativem Brennstoff für den Notfall scheint gerade unter diesen Voraussetzungen zwingend, ist aber nicht vorhanden. Dazu stellt der Einrichtungsleiter Falk Stein fest, dass er die Geschäftsführung zu einem Zeitpunkt übernommen hat, als die Weichen schon gestellt waren und wegen des Baufortschritts eine Umkehr nicht mehr möglich war. „Nach zwei Heizperioden sehe ich die Situation nicht mehr so kritisch. Wir hatten in den zurückliegenden Winterperioden Glück mit dem Wetter. Wir haben uns aber mittlerweile auch abgesichert.“

So hat er vertraglich vereinbart, dass ein benachbarter Heizungsbauer, der zwei mobile Heizzentralen bereitstehen hat, im Notfall eine davon innerhalb von 12 Stunden installiert. Außerdem wurde ein Pelletvorrat mit Sackware angelegt, falls sich die Brennstofflieferung z. B. durch starken Schneefall verzögern würde. Eine weitere mögliche Option wäre: Das Nahwärmenetz mit seinen Pufferspeichern kurzzeitig elektrisch auf die erforderliche Temperatur zu bringen mit Hilfe des im Heizraum vorhandenen Starkstromanschlusses.

Während der Baumaßnahmen, nur kurz nachdem er seine Tätigkeit aufgenommen hatte, wurde Stein mit einem weiteren ungewöhnlichen Detail konfrontiert: Für einen Heizkreis mit großem Bedarf, weit vom Heizraum entfernt, waren Leitungen mit zu geringem Durchmesser verlegt worden. Deshalb werden heute nur zwei der drei Heizkreise am Pufferspeicher im Heizraum witterungsgeführt geregelt und der dritte, weiter entfernte, erst vor Ort. Nun reicht die Leitungskapazität, denn es fließt bis zum Regler nur ein geringer Volumenstrom, allerdings mit hoher Temperatur.

Durch externe Hilfe die Sicherheit erhöhen

Aus heutiger Sicht ist die Ausführung der Heiztechnik außergewöhnlich, aber nicht riskant. „Fahrlässig handelt, wer Risiken leichtfertig eingeht. Das haben wir nicht getan“, meint Stein. „Es waren wohl Planungsfehler, die vor meiner Zeit passiert sind. Aber aktuell sehe ich auch die daraus erwachsenen Vorteile“. Die bivalente Betriebsweise der Heizung hätte Kapital gebunden und an mehreren Stellen Platz gebraucht, für einen zweiten Kessel und ein zweites Brennstofflager. Ein angemessen großer Pelletspeicher wäre weniger gut in den Hang zwischen den Gebäuden integrierbar gewesen. Auch hier wurden Investitionskosten gespart und Platz gewonnen. Doch braucht es auch das Glück, einen Heizungsbaufachbetrieb in der Nachbarschaft zu haben, der Wartung und Notfallgarantien bietet, obwohl er beim Bau der Heizung nicht beteiligt wurde.

Weitere Dienstleistungen, die Geschäftsführer Stein gerne delegiert hat, sind die Inspektion, Wartung und Instandhaltung des Pelletlagers samt Entnahmeeinrichtung. Gemäß DIN EN ISO 20023 soll nach fünf Lieferungen bzw. alle zwei Jahre das Lager vollständig entleert und von Feinanteilen gereinigt werden. Dafür sind die Pelletlieferanten zuständig und mit entsprechender Technik ausgestattet. Und alles andere macht der Hersteller des Speicherbehälters:

• Messung der CO-Konzentration im Speicher
• Kontrolle des (teil-)entleerten Speichers
• Überwachung des Befüllvorgangs
• Funktionsprüfung des Maulwurfs
• Funktionsprüfung der Steuereinheit
• Kontrolle der Schachtabdeckungen
• Reinigen der Dichtflächen
• Kontrolle der Drainageöffnungen
• Messung des Unterdrucks am Maulwurf
• Sichtprüfung des Verschleißteils „Saugschlauch“
• Sichtprüfung der Schlauch- und Steckverbindungen

Wartung bei neuer Pelletlieferung

Clemens Hüttinger von Mall erklärt dazu: „Wenn der Kunde es so organisieren kann und er das wünscht, führen wir, bevor der Speicher neu befüllt wird, am gleichen Tag die Wartung durch. Dabei besteht die Chance, einen Facility Manager bzw. Hausmeister in die Besonderheiten einzuweisen und ihm zu zeigen, wie der Pelletlieferant beim Befüllen vorgehen sollte“. Dazu muss man wissen, dass das automatische Entnahmesystem Maulwurf (Produktname des Herstellers) eine Roboterdüse ist, die programmgesteuert über den Brennstoffvorrat wandert, um die Pellets gleichmäßig von der gesamten Oberfläche zu entnehmen. Die Saugturbine des Heizkessels saugt durch eine flexible Kunststoffleitung mit 50 Millimeter Innendurchmesser die bis zu 40 Millimeter langen Stifte aus gepresstem Sägemehl an und schickt diese in den Vorratsbehälter des Kessels.

Vor dem Befüllen mit neuem Brennstoff muss der Pelletlieferant dieses pneumatische Saugsystem ausschalten. Über einen Kippschalter an der Steuerung wird der Maulwurf durch den an der Behälterdecke eingebauten Antrieb automatisch nach oben gezogen. Ist das Lager voll, wird der Kippschalter wieder auf „Betrieb“ umgelegt und der Maulwurf setzt sich auf den Pellets ab. Das Saugsystemist einsatzbereit.

Sind ca. 100t Brennmaterial verheizt worden, ist es an der Zeit, bei der Wartung den Saugschlauch im Speicher vorsorglich auszutauschen. Damit wird sichergestellt, dass der allmähliche Abrieb in den Krümmungen der flexiblen Leitung nicht zu einem Leck und damit zu einer Betriebsunterbrechung führt. Der Saugschlauch ist in dieser Hinsicht vergleichbar mit Reifen oder Bremsbelägen beim Fahrzeug: Selbst die Verwendung des besten Materials kann Verschleiß durch mechanische Beanspruchung nicht verhindern. Deshalb handelt verantwortlich, wer als Betreiber Fachkundige im Zuge einer Inspektion regelmäßig einen Blick darauf werfen lässt und die gelieferten Brennstoffmengen notiert. Ein weiterer Aspekt ist die Sicherheit von Personen, die den Speicher zur Wartung, Reinigung oder Instandsetzung betreten müssen. Das erfordert Vorkehrungen für deren Sicherheit.

Das Pelletlager normgerecht lüften

Der auf Schweigmatt unterirdisch eingebaute Ovalbehälter verfügt über eine Lüftungsleitung DN 200, die in der Nähe des Saaleingangs ca. einen Meter über Gelände mit einer schlagregensicheren Haube abgedeckt ist. Dies entspricht den Vorgaben der VDI-Richtlinie 3464. Laut Technischer Regel für Gefahrstoffe (TRGS) 900, auf die in DIN EN ISO 20023 verwiesen wird, ist in Deutschland grundsätzlich eine mechanische Lüftung (z. B. mit Hilfe eines motorbetriebenen Gebläses) vor dem Einsteigen in das Lager erforderlich. Das kurzzeitige Betreten unterirdischer Pelletspeicher bzw. Erdlager bis zu 15 Minuten in Anwesenheit einer eingewiesenen zweiten Person ist erlaubt, wenn die CO-Konzentration im Lager unter 60ppm beträgt. Ein CO-Warngerät muss eingeschaltet am Körper getragen werden.

Ein längerer Aufenthalt im Lager ist nur zulässig, wenn die CO-Konzentration unter 30ppm liegt. Warngeräte sollen nicht stationär im Lagerraum bzw. Lagerbehälter angebracht sein, da die im Holz enthaltenen Terpene die CO-Sensoren auf Dauer schädigen. Um die Hausmeister der Betreiber der Pelletlager von solchen Gefahren und Vorkehrungen zu entlasten, bietet der Speicherhersteller Mall die im Betrieb regelmäßig fällige Wartung an. Und die meisten Pelletlieferanten leeren und reinigen den Speicher in vorgegebenen Zyklen. Die Leitung der Einrichtung auf Schweigmatt ist froh, diese Pflichten an externe Dienstleister abgeben zu können, die das entsprechende Fachwissen mitbringen.

Die Wärme teilweise zurückgewinnen

Einige Lager- und Hauswirtschafträume der neuen Gebäudeteile, meist hangaufwärts ohne Fenster und damit ohne natürliche Belichtung und Belüftung, werden durch ein automatisch funktionierendes Zu- und Abluftsystem so versorgt, dass im Winter ein Kreuzstromwärmetauscher mit der Wärme aus der Fortluft die von außen zuströmende Zuluft vorheizt. Im Hochsommer, wenn es außen heiß ist und die Innenräume nordseitig am Hang auch tagsüber relativ kühl bleiben, funktioniert das System umgekehrt als Kühlung der Außenluft. Das Prinzip ist einfach, und damit preiswert in Anschaffung und Betrieb. Dennoch wirksam laut Geschäftsführer Stein, indem es den Jahresheizendenergiebedarf dauerhaft senkt.

Damit nicht jeder der Nebenräume einen Wärmetauscher braucht, wird die Fortluft bevorzugt über Abwärme verursachenden Geräten wie Waschmaschinen, Eistruhen und Kühlschränken abgesaugt und auf kurzem Weg zum Wärmetauscher geführt. Die dort vorgewärmte Außenluft wird nur den benachbarten Räumen zugeführt und strömt unter den zum Boden hin nicht abgedichteten Verbindungstüren zurück. „Ein weiteres Teil im großen Puzzle, das die Reduzierung des Wärmebedarfs in unserer Einrichtung darstellt“, meint Stein. „Doch dieses Teil kostet uns elektrische Energie. Und auch diese gilt es zu kompensieren“. Folgerichtig ist er nun dabei, auf den nach Süden ausgerichteten Dachflächen Photovoltaik mit 30kWp für den Eigenbedarf der Einrichtung zu planen, elektrische Fahrzeugflotte inklusive.

Dieser Artikel von Klaus W. König ist zuerst erschienen in der SBZ-Monteur-Ausgabe 3/2022. Klaus W. König ist Diplom Ingenieur und selbstständig als freier Fachjournalist sowie Buchautor tätig.