Intelligente Ventile machen’s möglich
Energie zwischen großen Liegenschaften bedarfsgerecht verteilen
Bild 1. Die Euregio-Klinik in Nordhorn hat ihr gesamtes Wärmenetz analysiert und modernisiert.
Bild 2. Die Gebäudestrukturen sind über viele Jahre gewachsen, Gebäudeteile wurden in der Fläche erweitert oder aufgestockt und neue Gebäude sind hinzugekommen.
Bild 3. Hydraulikschema des vorhandenen Wärmenetzes, Ergänzungen und Neuinstallationen (grün).
Bild 4. Das „Energy ValveTM“ macht den Energiefluss transparent und sorgt für eine bedarfsgerechte Verteilung der Energie.
Bild 5. Durch die Einbindung der Ventile in die GLT können jederzeit und an unterschiedlichen Orten Daten abgefragt werden.
Energiesparen ist nicht nur in Krisenzeiten angesagt. Grundsätzlich sollte in einem Gebäude oder größeren Liegenschaften nur soviel Energie verbraucht werden, wie notwendig ist. Hierbei ist aber nicht nur der Gesamtbedarf maßgeblich, sondern man muss wissen, wo wieviel Energie gebraucht wird. Zuverlässige Daten sind hier gefragt und Stellglieder, die aufgrund dieser Daten die Energie bedarfsgerecht verteilen. Die Euregio-Klinik in Nordhorn im Landkreis Grafschaft Bentheim an der niederländischen Grenze stand vor ca. 3 Jahren vor dieser Aufgabe und hat ihr gesamtes Wärmenetz analysiert und modernisiert. Spezielle Energieventile sammeln nun wichtige Daten im Wärmenetz und sorgen für eine bedarfsgerechte Wärmeverteilung.
Gewachsene Strukturen
Die Euregio-Klinik (Bild 1) ist mit rund 1500 Mitarbeitern einer der größten Arbeitgeber in der Region. Als einziger Schwerpunktversorger im Landkreis Grafschaft Bentheim übernimmt die Klinik die Akutversorgung für rund 135 000 Einwohner. Mit den ausgewiesenen Spezialisierungen und medizinischen Zentren der elf Haupt- und vier Belegabteilungen hält die Klinik zudem ein breites elektives Spektrum vor. Jährlich werden rund 20 000 stationäre und über 50 000 ambulante somatische Patienten versorgt. Ergänzend werden am Krankenhausstandort insgesamt 110 psychiatrische Betten/Plätze betrieben.
Wie bei den meisten Krankenhäusern und Kliniken sind auch bei der Euregio-Klinik die Gebäudestrukturen über viele Jahre gewachsen, Gebäudeteile wurden in der Fläche erweitert oder aufgestockt und neue Gebäude sind hinzugekommen (Bild 2). Das ursprüngliche Wärmenetz ist entsprechend mitgewachsen, die Leitungen wurden länger und verzweigter. Doch irgendwann war der Zeitpunkt erreicht, dass die Wärmeverteilung nicht mehr optimal funktionierte. Manche Gebäude oder Gebäudeteile wurden mit Wärme überversorgt, bei anderen kam so gut wie nichts mehr an. Während der Heizsaison war das technische Personal vor allem damit beschäftigt per Hand nach zu regeln, damit es z. B. in Patientenzimmern ausreichend warm wurde. Das Wärmenetz musste grundlegend überarbeitet und modernisiert werden.
Bestand erfassen
Mit dem Vorhaben wurde das Ingenieurbüro Wessling aus Nordhorn betraut. Um ein sinnvolles Konzept entwickeln zu können, musste zuerst der Bestand des Wärmenetzes erfasst und dokumentiert werden. Dabei hat man erkannt, dass im Netz zum Teil Pumpen in Reihe geschaltet waren, wodurch nachgeschaltete Pumpen beeinflusst und eine präzise Regelung unmöglich gemacht wurde.
Die Grundstruktur des Wärmenetzes bestand aus einer großen Doppelpumpe in der Hauptzentrale, die ursprünglich nur das Hauptgebäude versorgen musste. Als das Wärmenetz über die Jahre durch Anbauten und Erweiterungen größer wurde, reichte die Leistung der Doppelpumpe nicht mehr aus. Daher hat man weitere kleinere Pumpen in entfernteren Gebäudebereichen dahinter geschaltet. In der Zentrale selbst wurde nichts verändert. Eigentlich hätte man damals schon in der Zentrale den Heizkreis und den Verbraucherkreislauf hydraulisch voneinander entkoppeln müssen.
Die Lösung
Nach der Bestandsaufnahme wurde eine Lösung entwickelt, um das System mit möglichst geringem Aufwand sicher hydraulisch zu entkoppelt und abzugleichen. Außerdem sollte der Energiefluss innerhalb des Systems transparenter werden. Im ersten Schritt wurden alle 12 Stränge/Unterstationen von der Zentrale hydraulisch entkoppelt. Die Doppelpumpe in der Zentrale versorgt nur noch die einzelnen Unterstationen über Pufferspeicher. Die Pumpen in den Unterstationen übernehmen die Versorgung der einzelnen Gebäudeteile. Hier kommen die eingangs genannten Energieventile von Belimo zum Einsatz (Bild 4). Das „Energy ValveTM“ macht den Energiefluss transparent und sorgt für eine bedarfsgerechte Verteilung der Energie. Eine alternative Lösung mit Differenzdruckreglern vor den Unterstationen kam nicht in Frage. Diese waren teilweise bereits seit den 80er/90er Jahren vorhanden, konnten die Probleme aber nicht beseitigen.
Mehr als nur ein Regelventil
Das „Energy ValveTM“ ist ein 2-Wege-Regelkugelhahn, der fünf Funktionen in einer montagefreundlichen Einheit vereint: Volumenstrommessung, druckunabhängige Regelung, automatischer hydraulischer Abgleich, luftblasendichte Schließung und Monitoring.
Durch die permanente Volumenstrommessung besteht zum Beispiel die Möglichkeit der direkten Leistungsregelung, unabhängig von Differenzdruck und Wassertemperatur. Die automatische Durchflussregelung des Energieventils gewährleistet den geforderten Durchfluss, unabhängig von Differenzdruckschwankungen. Außerdem verfügt das Energieventil über eine integrierte Delta-T-Limitierung. Damit wird sichergestellt, dass ein einstellbarer Differenztemperaturgrenzwert nicht unterschritten wird.
Wie die Euregio-Klinik in der Vergangenheit hautnah erfahren musste, haben Veränderungen in einem Heizkreis Einfluss auf das gesamte System. Wird z. B. ein Erweiterungsbau an den Heizkreislauf angeschlossen, wirkt sich das erheblich auf das Gesamtsystem aus. Ist ein dann eigentlich notwendiger hydraulischer Abgleich aufgrund der Gegebenheiten nicht oder nur teilweise möglich, ist das Gesamtsystem hydraulisch nicht optimal ausgelegt und verursacht u. a. die zu Anfang beschriebenen Probleme. Mit dem Energieventil von Belimo gehört ein solches Szenario der Vergangenheit an. Zukünftig muss der hydraulische Abgleich nicht mehr mechanisch bzw. händisch vom technischen Personal durchgeführt werden, denn die Ventile werden elektronisch angesteuert und entsprechend eingestellt.
Alles im Blick
Neben einem Volumenstromsensor messen beim Energieventil zwei weitere Sensoren die Medium-Temperaturen im Vor- und Rücklauf. Damit werden zahlreiche Anlagedaten – wie beispielsweise Differenztemperatur, Durchfluss, Leistungsabgabe am Wärmetauscher oder Energieverbrauch – laufend gemessen und im Ventil gespeichert. Aktuelle Werte lassen sich jederzeit vor Ort mit einem Laptop oder über das übergeordnete Gebäudeleitsystem auch per Belimo MP-Bus oder BACnet MS/TP bzw. BACnet IP abrufen. Der integrierte Webserver zeichnet alle Anlagendaten der vergangenen 13 Monate auf. Diese lassen sich am PC auswerten und somit auch Optimierungspotenziale erkennen. Im Bearbeitungsmodus des Webservers können bestimmte Leistungsparameter begrenzt und die Anlage kann entsprechend optimiert werden.
Das Energieventil kann auch Daten zur Leistungsfähigkeit von im Kreislauf installierten Komponenten sammeln und ausgeben. Der Anlagenbetreiber kann hier etwa einen konkreten Leistungswert hinterlegen, bei dem automatisch eine Wartungsmeldung generiert wird.
„Durch die Energieventile wurde viel Intelligenz in das System gebracht,“ so Jörg Snieders, Leiter Bau und Technik an der Euregio-Klinik. „Die Ventile werden über 0-10 V angesteuert und sind über Modbus mit der Gebäudeleitechnik verbunden, so dass man vom Schreibtisch aus alles im Blick hat (Bild 5) und sehen kann, wie jede Unterstation eingeregelt ist, welche Leistung gerade abgenommen wird usw.“ „Auch die ursprünglich festgelegte Temperaturspreizung beim Vor- und Rücklauf von mindestens 8 oder 10 K funktioniert nun,“ ergänzt Ingo Wessling. „Früher war auch das ein Problem, da gab es Stränge, die im Vorlauf 70 °C und im Rücklauf 66 °C hatten. Hier sorgen die Energieventile nun für die richtige Spreizung.“
Durch die zusätzlichen Daten, die die Energieventile liefern, ist jetzt ein zielgerichtetes Energiemanagement möglich. Auch die Planung einer zukünftigen neuen Energiezentrale wird dadurch erleichtert, da man gesicherte Daten über den Verbrauch in den einzelnen Bereichen hat.
Autor: Christa Weil, Fachjournalistin aus Trebur
Bilder: BELIMO Stellantriebe Vertriebs GmbH
