Wenn Wasser zirkulieren soll

Sensorbasierte Regelungstechnik bei zentralen Frischwasserstationen

Im Ostseebad Kühlungsborn steht das „Upstalsboom“, ein großes und bekanntes Hotel. Das harte Trinkwasser vor Ort setzt aber auch diesem zu und die beiden ursprünglich installierten Frischwasserstationen hielten lediglich zehn Jahre. 2022 wurden daher neue Komponenten der Firma Malotech installiert. Dabei galt es, die materialtechnischen Herausforderungen und die des Zirkulationsbetriebs zu bewältigen.

Nicht wenige bezeichnen Kühlungsborn als das schönste Seebad an der deutschen Ostseeküste. Die Seepromenade erstreckt sich über fast drei Kilometer. Die Hotelkette Upstalsboom, die zudem Ferienwohnungen betreibt, hat ihren Sitz seit ihrer Gründung in Emden. Das Hotel in Kühlungsborn wurde 2011 eröffnet. Es verfügt über 144 Doppelzimmer und 19 Suiten.

Wasserhärte setzt zu

Die Warmwasserversorgung im Hotel ist materialtechnisch eine Herausforderung. Sie basiert auf Frischwasserstationen, die mit hartem Trinkwasser arbeiten müssen, das eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt. Kühlungsborn wird über den Zweckverband Kühlung (ZVK) mit Sitz in Bad Doberan mit Trinkwasser versorgt. Die Wasserhärte beträgt 21 °dH und liegt damit deutlich im Härtebereich hart. Stand Mitte 2022 waren die im Ursprung verbauten Frischwasserstationen bereits teilweise defekt. Ein Wärmetauscher war aufgrund der Wasserbeschaffenheit durchkorrodiert und es trat Wasser aus. Die zweite Station lief zwar noch, aber es war ungewiss, wie lange. Deshalb wurden gleich beide ausgebaut und durch zwei neue ersetzt. Das Upstalsboom in Kühlungsborn wurde 2011 eröffnet. Mit 144 Doppelzimmern und 19 Suiten zählt es zu den großen Hotels im Seebad.
Quelle: Upstalsboom Hotel + Freizeit

Das Upstalsboom in Kühlungsborn wurde 2011 eröffnet. Mit 144 Doppelzimmern und 19 Suiten zählt es zu den großen Hotels im Seebad.
Quelle: Upstalsboom Hotel + Freizeit

Neues Komplettsystem

Verbaut wurden zwei Frischwasserstationen des Herstellers Malotech aus der „fresh“-Serie; vollständig vormontierte, anschlussfertige Komplettsysteme mit elektronischer Regelung. Je nach Ausführung verfügen sie über ein integriertes HE-Zirkulationsmodul und einen Primärmischerkreis (gleitende Betriebsweise). Zudem sind sie mit Volledelstahl-Plattenwärmetauschern ausgestattet, die für sich genommen bereits eine hohe Korrosionsbeständigkeit besitzen. Im Upstalsboom in Kühlungsborn können die beiden Stationen bei 70 °C Vorlauftemperatur aus dem Pufferspeicher eine maximale Leistung von zusammen bis 1 MW Warmwasser (Erwärmung von 10 auf 60 °C) erbringen. Die Stationen sind jeweils primär mit leistungsstarken 12-m-Pumpen bestückt, die bei Volllast in Summe einen Massenstrom von 19 m³ vom Puffer zu den Stationen und zurück zu fördern haben. Das ist auch eine Herausforderung für das eingesetzte Regelkonzept. Denn die Kehrseite der Medaille ist, dass sich der Massenstrom dieser leistungsstarken Pumpen nicht ohne Weiteres nach Belieben nach unten gegen Null reduzieren lässt. Genau das wäre aber im Zirkulationsbetrieb zumeist notwendig, denn ein zu großer Massenstrom würde das mit mindestens 55 °C in den Wärmetauscher eintretende heiße Rücklaufwasser der Zirkulation nahezu an die Vorlauftemperatur des Heizungswassers heran aufheizen. Da der Pufferspeicher zur Deckung des vollen Leistungsbedarfs mit über 70 °C geladen sein sollte, wird das Dilemma offensichtlich. Das Problem ist aber auch ein grundsätzliches des Zirkulationsbetriebs. Im Bild die beiden neu eingebauten Trinkwasserstationen „malotech fresh 206/154 classic“.
Quelle: Malotech

Im Bild die beiden neu eingebauten Trinkwasserstationen „malotech fresh 206/154 classic“.
Quelle: Malotech

Mögliche Zirkulationsprobleme

Der Zirkulationsbetrieb gilt heute in der Installation als technischer Standard. Er dient der Hygiene und dem Benutzer-Komfort. Allerdings erzeugt er in Verbindung mit zentralen Frischwassersystemen auch immer wieder Systemprobleme. Durch einen permanenten Zirkulationsbetrieb bei zugleich geringer Zapfentnahme können die Warmwassertemperaturen mitunter deutlich über den gewünschten Sollwert steigen. Bisweilen sind Temperaturen > 65 °C in solchen Systemen keine Seltenheit. Dieses Phänomen tritt insbesondere in Systemen auf, die mit zentralen Frischwasserstationen kombiniert werden. Die Rücklauftemperatur ist dann entsprechend hoch und sie stört nicht nur die Temperaturschichtung im Pufferspeicher empfindlich. In der Folge kann sie auch die Funktionalität des Wärmeerzeugers einschränken oder seine Effizienz mindern. Wärmepumpen schalten dann sogar oft auf Störung.

Nebenbei steigt das Verkalkungsrisiko bei hohen Umlauftemperaturen deutlich an und der eigentlich gewünschte Warmwasserkomfort, den der Zirkulationsbetrieb bewirken soll, wird gleich wieder egalisiert. Das trifft dann beim Duschen zu. Zunächst ist das Wasser zu heiß und der Nutzer mischt folglich kaltes Wasser zu. Wenn das heiße Wasser in der Leitung allmählich den Sollwert erreicht, wird es über die zuvor eingeleitete Zumischung kalten Wassers unterm Strich zu kalt – der Nutzer muss an der Zapfstelle ein zweites Mal nachregeln. Die Frischwasserstationen der in Kühlungsborn verbauten Serie verfügen über Plattenwärmetauscher aus Volledelstahl.
Quelle: Malotech

Die Frischwasserstationen der in Kühlungsborn verbauten Serie verfügen über Plattenwärmetauscher aus Volledelstahl.
Quelle: Malotech

Vorausschauende Regler gefragt

Neben der größtmöglichen Robustheit der neuen Stationen als Antwort auf das harte Wasser in Kühlungsborn gilt eine neue Regelungstechnik als weitere Besonderheit. Malotech arbeitet hier nach eigenen Angaben als erster Hersteller von Frischwasserstationen mit speziellen Sensoren und einer darauf aufbauenden Programmierung des Reglers. Er stattet seine Frischwasserstationen „fresh basic“, „fresh classic“ und „fresh premium“ mit intelligenter Software aus. Sie erkennt den Zapfbetrieb und unterscheidet diesen vom Zirkulationsbetrieb. Bei diesem wird von der Pumpe gerade so viel heißes Wasser in den Wärmetauscher gezogen, dass die gewünschte Warmwassertemperatur nicht überschritten wird. Unerwünschte Temperaturüberhöhungen des Netzes im Zirkulationsbetrieb werden so effektiv vermieden. Dem Unternehmen ist nun vermutlich als erstem Anbieter gelungen, über den Einbau eines Sensors in Verbindung mit der Regler-Programmierung ein System auf den Markt zu bringen, das nicht nur feinfühlig ist, sondern auch vorausschauend agiert. „Technisch umgesetzt haben wir das in Form unseres neu regelnden Frischwassercontrollers in Verbindung mit unseren zentralen ,fresh‘-Frischwasserstationen“, berichtet Malotech-Geschäftsführer Marc Losch. Sensoren erfassen den Durchfluss und die Temperaturen über schnell ansprechende Fühler, die direkt im Medium sitzen. Die für den Lastfall benötigte Heizwassermenge wird entsprechend des Bedarfs bereitgestellt. Das alles geschieht binnen weniger Sekunden. „Der Lösungsansatz ist, die Heizwasserpumpe im Zirkulationsbetrieb grundsätzlich im Pulsbetrieb zu betreiben und, wenn es zum Zapfbetrieb kommt, innerhalb weniger Sekunden den tatsächlichen Nachsteuerungsbedarf zu erkennen. Nach Zapfende schaltet das System in den Zirkulationsbetrieb und damit in den Pulsbetrieb zurück mit dem Ergebnis, dass nach Zapfende die Temperatur im System nicht ansteigt“, erklärt Losch.

Fazit

Auch bei Malotech ist man sich im Klaren darüber, dass die beiden nun im Hotel Upstalsboom in Kühlungsborn verbauten Frischwasserstationen unter den gegebenen Rahmenbedingungen und den täglichen Warmwasser-Anforderungen eines doch recht großen Hotels nicht ewig halten werden, doch bestmöglich schon. Hinzu kommt, dass über die sensorbasierte Regelung neue Maßstäbe im Zirkulationsbetrieb des Hotels gesetzt werden, die merklich sind.

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