Hydraulische Netzsanierung mit Rücklauf­temperaturbegrenzer

Den ersten RendeMix-Mehrwegemischverteiler brachte der Geschäftsführer der HG Baunach GmbH aus Hückelhoven, Hans-​Georg Baunach, im Jahr 2002 auf den Markt. Das Besondere daran: Hierdurch ließ sich der Rücklauf der Radiatoren für den Vorlauf der Fußbodenheizung nutzen. Seitdem hat sich bei dem Hersteller im Bereich der Energieeinsparung viel getan. 

Das Unternehmen konzentrierte sich zunächst, mangels Erfahrung, auf die theoretisch nachweisbaren Wirkungs­gradsteigerungen bei Brennwertkesseln, da sich die aus der Rücklaufnutzung resultierenden niedrigeren Rücklauftemperaturen berechnen ließen. Bei Erdgas lagen diese im klassischen Auslegungsfall von 70/50/40/30 °C bei knapp 10 %.

Es hat einige Jahre gedauert hat, bis klar wurde, dass das Einsparpotenzial viel größer war, als ursprünglich angenommen und dass dies nur teilweise mit dem gesteigerten Brennwerteffekt in Zusammenhang stand. Diese Erkenntnis lag im Wesentlichen an zwei branchenüblichen Wirklichkeiten, nämlich zum einen, dass die Mischerbaugruppen in der Regel nur im Zuge der Erneuerung von Wärmeerzeugern getauscht werden. Zum anderen erreichten den Hersteller nur in Ausnahmefällen Berichte über Einsparungen.

Verringerung der Starthäufigkeit

Nachdem das Unternehmen einige nationale und internationale Projekte erfolgreich abgeschlossen hatte, wurde beim Nachrüsten des ­RendeMix-­Mehrwegemischverteilers in einer bestehenden Radiatoren- und Fußbodenheizungsanlage eines Industrieunternehmens deutlich, dass die Energieersparnis nur auf den nachträglichen Austausch der alten Wärmeverteilung zurückzuführen sein konnte. Das Ergebnis war eine Senkung des Gasverbrauchs um 35 %. Hieran wurde deutlich, dass es noch eine weitere Ursache für den vorherigen Mehrverbrauch geben musste, nämlich die hydraulische Weiche, die bei mehrkreisigen Wandgerätanlagen und bei Kaskaden ein zwingender Teil der Standardlösung ist. Anlagen mit hydraulischen Weichen nehmen in der Statistik der Kesselstarthäufigkeit eine Spitzenposition ein, was es zu  eliminieren galt.

Bei jedem Start des Wärmeerzeugers setzt der Energieverbrauch sofort ein, während die Netto­wärmeabgabe erst langsam ansteigt. Die Differenz entspricht der Wärmemenge der Anlaufverluste QA. Diese sind immer und zumeist sogar wesentlich größer als die Nachlaufgewinne QN, die aus dem Restwärmeentzug nach abgeschalteter Energiezufuhr bestehen. Ein Austausch der hydraulischen Weiche durch den RendeMix-Wärmeverteiler erhöht die Laufzeit der Wärmeerzeuger deutlich und verringert deren Starthäufigkeit wesentlich.

Wasserumlauf nur mit ausreichendem Wärmetransport

Ein weiteres Projekt untermauerte diese Beobachtung: In einer 6.000 m² großen chemischen Produktionsanlage befand sich ein 1,4-MW-Ölkessel aus den 1960er-Jahren mit einem weitverzweigten Versorgungsnetz aus Lufterhitzern, Deckenstrahlplatten und Radiatoren. Als Sanierungsmaßnahme war der Einbau eines neuen Öl-Brennwertkessels gewünscht und der Bauherr stimmte zu – angesichts der desaströsen Spreizung und Rücklauftemperatur seiner Anlage –, im ersten Schritt eine Netzsanierung vorzunehmen. Gleichzeitig wurden die Kessellaufzeiten erfasst, um aus der Auslastung des Kessels auf die tatsächlich benötigte Kesselgröße schließen zu können.

Da eine Berechnung der Nennwassermengen bzw. Wärmeverbräuche angesichts der Objektgröße zu komplex gewesen wäre, wurden die Rückläufe sämtlicher Lufterhitzer und Deckenstrahlpatten mit Rücklauftemperaturbegrenzern (RTB) ausgestattet. Mit diesen wurde der Wasser­umlauf durch Anpassung an die tatsächlich abgegebene Wärmemenge begrenzt und das Delta-T und die Rücklauftemperatur der Anlage in die richtigen Bahnen gelenkt. Nachdem durch diese Maßnahmen der Anlagenbetrieb am Kessel von 58/64 °C auf 50/75 °C verändert wurde, verbrauchte der alte Kessel statt 60.000 l nur noch 50.000 l jährlich. Dies entspricht einem Minus von 17 %, obwohl der Kessel etwa doppelt so groß war wie der, den die Anlage tatsächlich benötigt hätte.

Automatisch geregelter Abgleich durch Rücklauftemperaturbegrenzer

Der Versuch, jeden Einzelstrang einer parallelen Wärmeverteilung durch eine feste Einstellung abzugleichen, wird scheitern. Da Einzelstränge sehr variable Lasten haben können, wie beispielsweise Lufterhitzer, deren Gebläse durch elektrische Raumthermostate ein- und ausgeschaltet werden, ist der Zufluss nicht fest einstellbar. Alle Heizflächen sind Wärmetauscher, die auf der Primärseite von Heizungswasser durchströmt werden und auf der Sekundärseite die Wärme an den jeweiligen Verbraucher abgeben sollen. Ihnen allen ist gemein, dass ein zu hoher Durchfluss an Heizungswasser eine unzureichende Wärmeabgabe zur Folge hat und diese wiederum zu einer zu hohen Rücklauftemperatur führt. ­Eine Drosselung des Heizungswasserdurchsatzes hingegen führt zu einer Senkung der Rücklauftemperatur.

Der Einbau eines Rücklauftemperaturbegrenzers (RTB) in den Rücklauf jeder parallel geschalteten Heizfläche führt dazu, dass jede Heizfläche von der ihrer Wärmeabgabe gemäßen Heizungswassermenge durchströmt wird. Die Voraussetzung für die Wirkung dieses Regelkreises ist, dass die Vorlauftemperatur ausreichend oberhalb der eingestellten Rücklauftemperatur liegt.

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Entwicklung von RTB-Ventil-Einbau­sätzen für jede Einbausituation

Durch den Erfolg des Rücklauftemperaturbegrenzers (RTB) in verschiedenen Lufterhitzeranlagen begann der Hersteller, verschiedene RTB-Ventil-­Einbausätze zusammenzustellen und mit engen, vertrauten Kunden in verschiedenen Anwendungsumfeldern zu testen. Die Beobachtung war hierbei, dass es praktisch keinen Einzelstrang einer Parallelverteilung gibt, dem ungehemmt Heizungswasser geliefert werden kann, ohne dass ein Delta-T-Schaden mit allen Konsequenzen für den taktenden Wärme­erzeuger entsteht. Es konnte auf diese Weise ermittelt werden, wo schnelle Thermostate benötigt werden und wo langsamere ausreichen. Außerdem war die Größe des Mindestumlaufs - unter Berücksichtigung der jeweiligen Stelle im Wärmekreislauf - genau zu beziffern.

Hersteller Baunach bietet eine Vielzahl vollständiger Ventil-Einbausätze an, die auf unterschiedliche Einbausituationen zugeschnitten sind, um eine erfolgreiche Inbetriebnahme zu gewährleisten.

Fazit

Ein Wasserumlauf ohne eine angemessene Wärmeabnahme wirkt sich negativ auf den Gesamtwirkungsgrad von Wärmeverteilungen aus, was an der zu hohen Rücklauftemperatur jeder einzelnen Heizfläche messbar ist. Dies kann durch einen Rücklauftemperaturbegrenzer korrigiert werden. Auf diese Weise lässt sich das gesamte Verteilungssystem thermostatisch geregelt hydraulisch abgleichen, wodurch eine durchschnittliche Energieeinsparung von über 20 % möglich ist. Das Argument, dass sich Energie nur durch den Austausch des Wärme­erzeugers einsparen ließe, überzeugt also nicht - im Gegenteil, denn insbesondere bei der momentanen Verunsicherung der Endverbraucher bietet eine hydraulische Netzsanierung eine außerordentliche erfolgversprechende Chance, bei relativ hohen Energie­preisen sofort mit dem Kostensparen zu beginnen.

Der Autor Dipl.-Ing. Hans-Georg ­Baunach ist Geschäftsführer der HG Baunach GmbH & Co. KG.