Transparenz und hydraulische Optimierung in einem Nahwärmenetz

Ein Nahwärmenetz versorgt elf Liegenschaften einer Baugenossenschaft in Südbaden. Durchgängiges Monitoring deckte dort nicht nur hydraulische Schwachstellen auf, sondern auch ein ernstzunehmendes Sicherheitsrisiko in der Trinkwasserinstallation – und ermöglichte den Rückbau nicht mehr benötigter Anlagentechnik.

Ausgangssituation

Bei den überwiegend älteren Gebäuden war bislang nur eingeschränkt erkennbar, wie sich die Wärme im Netz verteilt und ob alle Gebäude unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen zuverlässig versorgt werden.

Um die Wärmeversorgung ganzheitlich bewerten zu können, entwickelte Hausable ein gebäudespezifisches Messkonzept. Dabei wurden die relevanten Verteilstränge, Heizkreise, Heizungsanlagen und Pufferspeicher mit Sensoren ausgestattet und in der COSMOS-Plattform zusammengeführt.

Durchgängiges Monitoring trotz anspruchsvoller Gebäudestruktur

Die baulichen Gegebenheiten stellten eine besondere Herausforderung dar. Die Gebäude verfügen teilweise über massive Wände, die eine zuverlässige Datenübertragung erschweren. Durch eine abgestimmte Positionierung der Sensoren und Übertragungskomponenten konnte dennoch eine durchgängige Datenerfassung für die relevanten Anlagenbereiche umgesetzt werden.

Über COSMOS werden unter anderem folgende Betriebsdaten zentral dargestellt und ausgewertet:

• Vorlauf- und Rücklauftemperaturen der relevanten Stränge und Heizkreise
• Temperaturspreizungen zwischen Vor- und Rücklauf
• Temperaturverläufe der Pufferspeicher
• zeitliche Abhängigkeiten zwischen Wärmeerzeugung, Wärmeverteilung und Wärmeabnahme
• Abweichungen zwischen einzelnen Gebäuden und Heizkreisen

COSMOS ist als offenes System konzipiert. Die vorhandene Anlagentechnik und Regelung mussten daher nicht ersetzt werden, sondern wurden über das herstellerunabhängige Gebäudeautomationsprotokoll BACnet 2 eingebunden. Zusätzlich wurde die bestehende Regleroberfläche in das COSMOS-Dashboard integriert, sodass Messdaten, Auswertungen und der Zugang zur Anlagenregelung über eine zentrale Oberfläche zur Verfügung stehen.

Auffälligkeiten während der Heizperiode

Während der laufenden Heizperiode zeigten die Messdaten in mehreren Gebäuden wiederholt auffällige Betriebszustände. In einzelnen Heizkreisen wurden zeitweise Temperaturspreizungen zwischen Vor- und Rücklauf von mehr als 30 Kelvin sowie Rücklauftemperaturen von rund 20 °C erfasst.

Eine hohe Temperaturspreizung ist nicht grundsätzlich negativ. Insbesondere auf der Primärseite eines Nahwärmenetzes kann eine große Spreizung betrieblich erwünscht sein, da die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf ein zentraler Wirtschaftlichkeitsfaktor der gesamten Wärmeversorgung ist 5. Die technische Bewertung muss deshalb immer den jeweiligen Anlagenbereich, den aktuellen Wärmebedarf und den Betriebszustand der Pumpen und Regelventile berücksichtigen.

In den betroffenen Heizkreisen traten die hohen Spreizungen jedoch im Zusammenhang mit weiteren Auffälligkeiten bei der Wärmeversorgung auf. Das Gesamtbild begründete daher den Verdacht, dass in einzelnen Netzabschnitten zeitweise zu geringe Volumenströme oder eine ungleichmäßige hydraulische Verteilung vorlagen. Aus Temperaturwerten allein lässt sich der Volumenstrom zwar nicht bestimmen, die zeitlichen Verläufe ermöglichten jedoch eine gezielte Eingrenzung der betroffenen Bereiche.

Ohne kontinuierliches Monitoring wäre dieser Zustand vermutlich unentdeckt geblieben, da er sich weder in der Heizleistung noch in einer klassischen Störmeldung der Anlage bemerkbar gemacht hätte. Die zu niedrigen Zirkulationstemperaturen standen inhaltlich im Zusammenhang mit denselben hydraulischen Auffälligkeiten, die auch die beobachteten Temperaturspreizungen erklärten – ein weiterer Beleg dafür, dass isolierte Einzelmessungen ohne durchgängiges Monitoring solche Zusammenhänge kaum aufgedeckt hätten.

Aus Messdaten werden konkrete Prüfmaßnahmen

Auf Grundlage der Analyse empfahl Hausable eine kurzfristige Überprüfung und Anpassung des Netz- und Pumpenbetriebs sowie eine Kontrolle der Übergabestationen in den betroffenen Gebäuden auf hydraulische Engpässe. Dazu gehörten insbesondere:

• Kontrolle des Differenzdruck-Sollwerts und der Pumpenkennlinie
• Überprüfung der Übergabestationen in den auffälligen Gebäuden
• Kontrolle der Ventil- und Strangeinstellungen
• Prüfung von Absperrungen, Schmutzfängern und Filtern
• Kontrolle auf möglichen Lufteintrag
• Überprüfung beziehungsweise Festlegung der erforderlichen Volumenströme

Als nachhaltige Maßnahme empfahl Hausable zusätzlich einen hydraulischen Abgleich beziehungsweise eine Einregulierung der Nahwärmeversorgung für die betroffenen Stränge und Gebäude, das heißt die Festlegung und Einstellung der erforderlichen Soll-Volumenströme je Gebäude. Der hydraulische Abgleich ist eine etablierte Maßnahme zur Optimierung bestehender wassergeführter Heizungs- und Wärmeversorgungsanlagen und Bestandteil der vom BAFA beschriebenen förderfähigen Maßnahmen 4. Hausable begleitet die Umsetzung dieser Maßnahmen per Monitoring und bewertet anhand der Messwerte, ob sich Temperaturspreizung, Zirkulationstemperaturen und Versorgungsstabilität normalisieren.

Die Baugenossenschaft ließ daraufhin die Hydraulik der Anlage überprüfen und den hydraulischen Abgleich umsetzen. Im Zuge der Analyse stellte sich zudem heraus, dass von den drei bereits installierten Pufferspeichern zwei betrieblich nicht mehr erforderlich waren. Sie wurden daraufhin zurückgebaut; die Anlage wird seither zuverlässig mit dem verbleibenden, neu eingebundenen Pufferspeicher betrieben.

Das Monitoring wird nach Umsetzung der Maßnahmen fortgeführt. Dadurch kann bewertet werden, ob sich die Temperaturverläufe, die hydraulische Verteilung und die Versorgungsstabilität in den betroffenen Gebäuden dauerhaft verbessern.

Transparenz als Grundlage für die Betriebsoptimierung

Durch das kontinuierliche Monitoring kann die Baugenossenschaft die Wärmeversorgung der elf Liegenschaften erstmals gebäudeübergreifend bewerten. Auffällige Betriebszustände werden schneller erkannt, technische Prüfungen können gezielt auf die betroffenen Gebäude und Anlagenbereiche ausgerichtet werden – und sicherheitsrelevante Zustände wie das erhöhte Legionellenrisiko werden sichtbar, bevor sie zu einem tatsächlichen Risiko für die Bewohnerinnen und Bewohner werden.

Auch die energetische Wirkung der umgesetzten Maßnahmen soll anhand der weiteren Betriebsdaten untersucht werden. Eine belastbare prozentuale Einsparung wird dazu erst nach einem ausreichend langen Betrachtungszeitraum und einem witterungsbereinigten Vergleich der Wärmemengen vor und nach der Umsetzung ausgewiesen.

Das Projekt zeigt, wie sich auch ältere und baulich anspruchsvolle Liegenschaften mit einem abgestimmten Messkonzept transparent überwachen lassen – ohne die vorhandene Anlagentechnik vollständig ersetzen zu müssen, und mit einem direkten Beitrag zur Trinkwasserhygiene und zur Reduzierung von unnötigem Anlagenbestand und Betriebskosten.

Vorher-Nachher-Betrachtung