TGA MSR-Technik

TGA Ausgabe 12-2014
Wärme- und Kälte-Verteilsysteme

Mit Energiezählerdaten die Hydraulik optimieren

1 Multiprotokoll-Energierechner Calec ST II. Optional kann er mit analogen Ausgängen 0…20 oder 4…20 mA für den Durchflusswert geliefert werden. Das Signal kann für regelu

1  Multiprotokoll-Energierechner Calec ST II. Optional kann er mit analogen Ausgängen 0…20 oder 4…20 mA für den Durchflusswert geliefert werden. Das Signal kann für regelungstechnische Aufgaben, beispielsweise zur Begrenzung des Durchflusses an Verbrauchern oder Verbrauchergruppen, genutzt werden.

Die meisten Energiezähler werden ausschließlich dazu verwendet, Energiemengen über einem längeren Zeitraum zu erfassen und abzurechnen. Neu ist die Möglichkeit, die mit sehr hoher Genauigkeit vorliegenden Durchflussmesswerte auch zur Optimierung der Hydraulik zu nutzen.

Kompakt informieren

Der dynamische Hydraulische Abgleich ermöglicht eine Senkung der Energie- und der Hilfsenergiekosten, vermeidet Betriebsstörungen und ermöglicht eine bedarfsgerechte Dimensionierung der Erzeugungsanlagen. Insbesondere in größeren bestehenden Netzen sind dafür erhebliche Investitionen erforderlich.

Eine neue Option bietet der Multiprotokoll-Energierechner Calec ST II. Er kann mit analogen 0…20- oder 4…20-mA-Ausgängen geliefert werden, die ein realtime-Durchflusssignal zur Verfügung stellen.

Das Durchflusssignal kann beispielsweise dazu verwendet werden, ein gewöhnliches Regelventil über die Zusatzfunktion Durchflussbegrenzung zum dynamischen Hydraulischen Abgleich zu nutzen.

Für die Energiemessung in einer Heiz- oder Kühlanlage werden die Vor- und Rücklauftemperatur sowie der Durchfluss benötigt. Der Energierechner errechnet aus diesen Größen den aktuellen Energiestrom und kumuliert daraus den Wärme- oder Kälteverbrauch. Wird der ermittelte Verbrauch für die Verrechnung zwischen einem Lieferanten und einem Kunden eingesetzt, untersteht eine solche Messstelle in der Regel dem nationalen Eichgesetz. Neben der periodischen Nacheichung müssen die eingesetzten Teilkomponenten über eine geeignete Zulassung, beispielsweise nach der Messgeräterichtlinie (MID, Measurement Instruments Directive 2004/22/EG), verfügen.

Die ermittelten Zählwerte können neben dem Verrechnungsverkehr auch für das Monitoring des Energieverbrauchs eingesetzt werden, um diese z. B, mit einschlägigen Benchmarks ähnlicher Objekte zu vergleichen. Eine neue Option ist, die Daten von Energiezählern zur kostengünstigen dynamischen Optimierung von Wärme- und Kälte-Verteilsystemen zu verwenden.

Hürden beim Hydraulischen Abgleich

Bei der Ermittlung von Energieeinsparungsmöglichkeiten wird häufig Optimierungspotenzial für das Wärme- oder Kälte-Verteilsystem identifiziert, insbesondere was den Hydraulischen Abgleich anbelangt. Doch bei der Umsetzung gibt es Hürden. Ein korrekter Hydraulischer Abgleich bedingt die Kenntnis der Durchflüsse in den Teilstrecken des Systems. Die Ausstattung mit für diesen Zweck geeigneten Armaturen ist jedoch vielfach nur in geringem Umfang vorhanden, sodass der Abgleich der Teildurchflüsse mit hohem Aufwand auf iterativem Weg erfolgen muss. Und selbst wenn dieser Aufwand korrekt betrieben wurde, stimmt der Abgleich ohne dynamische Regeleingriffe nur für den zugrunde gelegten (Nenn)Betriebspunkt.

In der Praxis verhalten sich die Lasten in den Verbrauchergruppen jedoch meistens nicht gleichartig. Das führt dann zu einem hydraulischen Ungleichgewicht, das betriebliche Störungen und einen unnötig hohen Hilfsenergieaufwand für die Pumpen verursachen kann. Zwar gibt es eine Vielzahl von selbsttätigen Abgleicharmaturen, die solche Verschiebungen weitgehend kompensieren können. Eine systematische Aus- oder Nachrüstung eines Netzes mit solchen Armaturen ist jedoch kostenintensiv. Dies gilt für die Beschaffung und aufgrund des erforderlichen Druckgefälles für die Funktion der Armaturen auch im Betrieb.

Daten der Energiemessstelle nutzen

Diese Problematik kann wesentlich entschärft werden, wenn zur Begrenzung der maximalen Durchflüsse die Durchflussmessung verwendet wird, die für die Energiemessstelle ohnehin benötigt wird. Dies ist allerdings nur umsetzbar, wenn die Verwendung der Durchflussmessung für die Energiemessung rückwirkungsfrei erfolgt. Die direkte „Anzapfung“ der in der Energiemessung enthaltenen Durchflussmessung ist deshalb nicht ratsam, da sie mit einer MID-konformen Messstelle nicht vereinbar ist.

Viel sinnvoller ist die Weitergabe der Durchflussmessung aus dem übergeordneten Energierechner durch ein normiertes und entkoppeltes „realtime“ 0/4…20-mA-Signal. Dieses Signal kann von der Regeleinrichtung bei der Berechnung der Ventilstellung der Regelventile berücksichtigt und damit eine Begrenzung des maximalen Durchflusses ohne den Einsatz einer zusätzlichen Armatur erreicht werden.

Diese kombinierte Nutzung scheiterte bislang vielfach an den Kosten, das realtime-Durchflusssignal aus dem Energierechner auszukoppeln. Aquametro hat sich dieses Bedarfs bei einem Redesign des bewährten Multiprotokoll-Energierechners Calec ST zum Calec ST II g angenommen: Optional kann der Calec ST II neben den unterschiedlichsten seriellen Kommunikationsschnittstellen, wie M-Bus, Modbus RTU, N2Open, LON und BACnet MS-TP, auch mit kostengünstigen analogen Ausgängen 0…20 oder 4…20 mA geliefert werden.

Durchflussmessung kombiniert genutzt

Ein Beispiel für die Nutzung dieser Funktionalität realisiert die medfacilities Energie GmbH, die für die Infrastruktur und die Energieversorgung auf dem Campus der Kölner Universitätsklinik verantwortlich ist. Der Kölner Universitätsklinik ist es ein Anliegen, ein ganzheitliches Energiemanagement zu betreiben, um damit die in einem Masterplan Energie und Technik bis 2025 gesteckten Ziele des integrierten Energie- und Klimaprogramms (IEKP) zu erreichen.

Zudem spielen Kosten eine Rolle, denn auch bei einer sehr personalintensiven Universitätsklinik entfallen auf die Energie- und Medienverbräuche rund 3 % der gesamten Betriebskosten. Darum werden die Energieverbräuche gewerkeübergreifend analysiert Abb. 2 und kontinuierlich Optimierungsmaßnahmen ermittelt und umgesetzt. Neben den bei Erneuerungen umgesetzten baulichen Maßnahmen ist auch die fortlaufende Betriebsoptimierung der vorhandenen Anlagen ein wesentlicher Hebel. Denn zu den Zielen gehört auch, unnötige Spitzenlasten zu vermeiden und damit die Energieanlagen bedarfsgerecht und ohne Überdimensionierung betreiben und erneuern zu können.

medfacilities Energie betreibt ein Nahwärmenetz, das auch einige historische Gebäude in der Kölner Innenstadt versorgt. In dem Nahwärmenetz wird die beschriebene kombinierte Nutzung der Durchflussmessung der geeichten Energiemessstellen für die Begrenzung der maximalen Durchflüsse eingesetzt. Die Verbindung zur individuellen, im jeweiligen Objekt eingesetzten Regelungstechnik der Übergabestationen, erfolgt über standardisierte 4…20-mA-Signale. Parallel dazu werden die Zähl- und Momentanwerte über ein LON-Netzwerk kommuniziert und stehen an zentraler Stelle sowohl für Analyse- wie auch für Verrechnungszwecke zur Verfügung.

Inhaltsübersicht

  1. Teil: Mit Energiezählerdaten die Hydraulik optimieren
  2. Teil: Kontakt zum Anbieter
  • 2  Um Energieverbrauchspotenziale erkennen zu können, ist unter anderem ein Messkonzept erforderlich. In hydraulischen Systemen können Daten der dafür erforderlichen Energiemessstellen bei geeigneter Ausstattung auch zur Optimierung der hydraulischen Systeme genutzt werden.

Bild: Aquametro

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