Spar-Potential
bei alten Heizsystemen
Nach einer intensiven Bestandsaufnahme wurde schnell klar: Die „Berufsbildende Schulen Einbeck“ müssen saniert werden. Das Ingenieurbüro „Geese Beratende Ingenieure“ (www.ing-geese.de) entwickelte für den Schulkomplex, bestehend aus vier Schulgebäuden und einer Sporthalle, das gebäudetechnische Sanierungskonzept. Durch die Erneuerung der Heizungsanlagentechnik ist die Energieeffizienz insbesondere durch die Mess-, Steuer- Regeltechnik grundlegend verbessert worden. Daran tragen die in allen Räumen platzierten Einzelraumregelungen und die optimierenden Heizkreisregelungen den Hauptteil. Die Verbrauchsergebnisse weisen eine Heizenergie-Einsparung von etwa 40 % aus und das obwohl keine Verbesserung des Wärmeschutzes vorgenommen wurde. Nur durch die bedarfsgerechte Anpassung der Heizleistung und Anlagenhydraulik, in Verbindung mit einer Einzelraumregelung, konnten Minderungen des Antriebsbedarfs für die 14 Umwälzpumpen der Liegenschaft von über 95 % (laut GFR messtechnisch nachgewiesen) erzielt werden. Ein Ergebnis, das zeigt, wie viel Einsparpotential überalterte Heizsysteme haben können. Autor: Kurt Steffens, Mettmann
Die ersten drei Schulgebäude entstanden um 1970 in Betonsskelettbauweise. Die Wärmedämmung war dementsprechend. Das vierte Haus wurde zusammen mit der Großsporthalle Anfang der 1980er Jahre gebaut – die Wärmetechnik war besser, jedoch weit unter dem heutigen Standard. Die Heizzentrale für sämtliche Gebäude entstand in einem separaten Gebäude. Im gleichen Zeitraum wurde die Heizwärmeversorgung der Liegenschaft für Nahwärmeversorgung eingerichtet. Die abgelegene Verwaltungsstelle Einbeck des Landkreises Northeim wurde über dieses Nahwärmesystem, das extrem überdimensioniert und schlecht gedämmt war, mitversorgt. Maßnahmen, die zur Reduzierung der hohen Energiekosten durchgeführt wurden, verschlangen erhebliche Mittel und blieben ohne durchschlagenden Erfolg. Die Gründe dafür waren, dass der ganzheitliche Ansatz fehlte – z.B. wurde die Auslegung des Systems nicht mit dem tatsächlichen Bedarf abgeglichen. Aufgrund der hohen Kosten und der überalteten Bausubstanz bestand 2005 bei dieser Liegenschaft zwingender Handlungsbedarf für eine umfassende Sanierung – ein notwendiger Schritt, um den Betrieb aufrecht erhalten zu können.
Verbesserte Bilanz
Das Sanierungskonzept ging auf. Die Erneuerungen führten zu einem stark verbesserten heizenergetischen System. Ein Hauptgrund für die verbesserte Bilanz war das neue Gebäudemanagement- und Gebäudeautomationssystem der Firma GFR (www.gfr.de). Dabei reichten die vom Planungsbüro vorgegebenen neuen Regelstrategien von der Einzelraumregelung über die Neuaufteilung der Heizkreise, bis hin zum Kessel- und Pumpenmanagement. Schon während der Abstimmungs- und Einfahrphase zeigte sich ein minimierter Heiz- und Umwälzpumpenenergieeinsatz. Über eine Fernüberwachung per Browser erlaubt das Gebäudemanagmentsystem eine kontinuierliche Kontrolle der Anlagenverhältnisse. Über Benchmarks konnten Einstellungen des Systems auch per Fernwartung verbessert und korrigiert werden. Aber auch durch direkte Kontrollen konnte das Heizsystem energieeffizienter eingestellt werden. Natürlich schmälern die Personalkosten einer solch intensiven Betreuung der Anlage die erzielten Energiekosteneinsparungen. Doch das Einwählen und Ändern ist notwendig, um eine optimale Energieausnutzung zu erreichen.
Heizlast ermitteln
Um die Heizzentrale, die Wärmeerzeuger und Systeme optimal bemessen zu können, musste erst einmal die Heizlast für die Schulgebäude ermittelt werden. Dazu wurden alle hydraulischen Systeme, auch das Nahwärmenetz, überprüft und bewertet. Das Ergebnis war, dass die überdimensionalen Nahwärmeleitungen keinen nennenswerten Differenzdruck der Hauptpumpen benötigen. Daher wurden anschließend keine Kesselkreispumpen eingesetzt, sondern Hauptumwälzpumpen. Diese übernahmen die Funktion der Kesselkreisförderung in direkter Verbindung mit den Wärmeerzeugern und der Nahwärmeeinspeisung. Die Wärmeversorgung wurde deshalb über zwei Heizkessel sichergestellt – als Hauptwärmeerzeuger einen Brennwertkessel (525 kW) und zur Spitzenlast bzw. als Ausfallreserve ein Niedertemperaturkessel (400 kW). Nach drei Wintern hat der Hauptwärmeerzeuger 6600 Betriebsstunden geleistet, das entspricht einer Einschaltdauer von rd. 40 % bezogen auf die gesamte Zeitspanne seit Inbetriebnahme. Diese Zahlen spiegeln die hohe Auslastung und den effizient geregelten Modulationsbetrieb wider. Die Kesselregelung und Folgeschaltung erfolgt dabei über GFR- Automationsstationen. Dabei verfügen die Wärmeerzeuger selbst nur über eine sicherheitstechnische Grundausstattung. Die Überdimensionierung des sanierten Systems zeigt sich im Übrigen daran, dass der Spitzenlastkessel mit weniger als 300 Betriebsstunden über den gleichen Zeitraum auskommt. Das entspricht einer Einschaltdauer von nur 2 %. Die geringe Zuschaltung des Niedertemperaturkessels ist auch ein Indiz dafür, dass die Kesselfolgezuschaltung und das Spitzenlast-Management über die GFR-Komponenten und den darauf abgestimmten Softwarelösungen greifen. Die zur Brennwertnutzung erforderlichen niedrigen Rücklauftemperaturen werden über die eingestellten hydraulischen Verhältnisse und die exakt abgestimmten regelungstechnischen Einrichtungen eingehalten.
Umwälzpumpen
Bei der Neuauslegung wurden zwei parallel, im Wechsel betriebene Nahwärmenetz-Umwälzpumpen „DN 80“ mit Drehzahlregelung in der Schlechtpunktregelung eingesetzt – effiziente Pumpen mit Permanentmagnetrotor oder EC-Motor, mit integriertem elektronischem Equipment. Die lastabhängige Pumpendrehzahlregelung blieb dabei ungenutzt. Dafür werden jetzt in verschiedenen Unterstationen der Liegenschaft an Schlechtpunkte die Differenzdrücke erfasst. Die Differenzdruckregelung mit Schlechtpunktauswertung und Sollwertvorgabe, also die Regelung der Pumpendrehzahl, erfolgt über das GFR-Managementsoftware-System „Webvision large“.
Energieeffizienz
Eine Auswertung der Pumpenlaufzeiten und Energieverbräuche zeigt, dass die Leistungsaufnahme der Nahwärme-Netzpumpen über das Jahr (10 000 h Betriebszeit) nur etwa 160 W im Durchschnitt betrug. Für eine Liegenschaft mit 13 500 m² BGF-Ausdehnung, vier separaten Gebäudekomplexen und einer Großsporthalle wird den Nahwärmenetzpumpen eine durchschnittliche Antriebsleistung von nur 160 Watt abverlangt. Der gemessene Verbrauch an elektrischer Energie über den Zeitraum von ca. 10 000 h beträgt für beide Hauptpumpen 1168 kWh oder weniger als 1000 h pro Jahr. In Energiekosten ausgedrückt: 150 € im Jahr. Dabei sind die Pumpen im gesamten Erfassungszeitraum etwa 7200 h (je 3600 h) in Betrieb gewesen. Alle Räume des Schulkomplexes sind mit GFR-Raumbediengeräten „DC-ERC 1“ mit Vandalenschutz für Heizkörper und Einzelraumreglern ausgerüstet.
