No se ha bajado de la clavija
Carácter modélico: la tecnología de calefacción en R + F en Kassel
El credo de la empresa: "El futuro está en las tecnologías innovadoras y modernas. Tenemos que lidiar con ellos y transmitir nuestros conocimientos a nuestros clientes: artesanos, planificadores, arquitectos. Por supuesto, podemos argumentar de forma especialmente convincente si tenemos nuestra propia experiencia, por ejemplo, en lo que respecta al ahorro energético de lo antiguo frente a lo nuevo". Markus Ortlauf, que dice esto, es asesor técnico de la Casa mayorista Richter + Frenzel. Se había pronunciado a favor de una inusual instalación de calefacción en la propiedad del mayorista en Kassel.
Bild 1: Ecocraft-Heizungsanlage im Technik-/ Schulungsraum bei R + F in Kassel.
Die Betriebsergebnisse nach gut einem Jahr haben ihn und sein Haus für die nicht ganz risikolose Entscheidung belohnt. Im Mittelpunkt der erneuerten Technik steht der Modulkessel „Ecocraft“ von Vaillant. In der nordhessischen Niederlassung von R + F hatten sich mittlerweile die ältlichen atmosphärischen Kessel mit akzeptablen Nutzungsgraden schwer getan und sollten ersetzt werden. Standardware durfte es allerdings nicht sein, denn in Hessen, dem Mutterland von Viessmann und Buderus, muss man schon einige Trümpfe in der Hand halten, will man als Lieferant von Wärmeerzeugern neben den beiden mächtigen Wettbewerbern bestehen. In dem Gas-Brennwert-Kaskadenkessel „Ecocraft“ sah Markus Ortlauf einen der Trümpfe. Kaskade heißt: Die Einheit besteht aus autarken, parallel aneinandergeflanschten Modulen, jedes Modul mit einer Leistung bis 40 kW. Die kleinste Unit setzt sich aus zwei Zellen zusammen, die größte aus sieben. Damit steht eine Leistung je nach Objekt bis 280 kW zur Verfügung. Jeder einzelne Brenner ist zudem zwischen 12 bis 40 kW gleitend regelbar, womit sich das Regelband von 12 bis 280 kW spannt.
Störung ohne spürbare Folgen
Bild 2: Die vor Ort verrohrte Verteilung mit den rendeMIX-Mischern (links neben R + F-Mitarbeiter Stefan Dornemann und einer parallelen Modellinstallation zu Schulungszwecken mit Magra-Verteiler im Hintergrund.
Autark heißt: Geht einer der Blöcke in der Kaskade auf Störung, arbeiten seine Nachbarn für ihn mit. Der Kessel fällt nicht aus. Die Havarie macht sich nach außen hin nicht bemerkbar. Der „Ecocraft“ ähnelt damit einem soliden Diesel, der ebenfalls den Ausfall eines Zylinders verkraftet. Ortlauf: „Diese Besonderheit des Modells gibt uns die Chance, mit Vaillant im Kesselgeschäft stärker mitzuspielen. Das müssen wir natürlich auch kommunizieren. Deshalb haben wir den Technikraum mit dem ‚Ecocraft’ gleich zum Schulungszentrum erweitert.“ Als zweiten Trumpf, der vor allem für die Planungs- und Beratungskompetenz des Richter + Frenzel-Außendienstes spreche, verweist die Niederlassung Kassel auf die besondere Schaltung der drei Heizkreise des Gebäudekomplexes in Verbund mit dem „rendeMIX“-System der Firma HG Baunach GmbH & Co. KG aus Hückelhoven an der deutsch-niederländischen Grenze. Das schaltet Hochtemperatur- und Niedertemperaturnetze hintereinander, macht also den Rücklauf des einen zum Vorlauf des anderen Wärmeverteilsystems und optimiert so die Energieausbeute, vor allem in Kombination mit Brennwertheizungen. Vor etwa fünf Jahren kam diese Architektur auf der Basis eines ganz speziellen Mehrwegemischers als Herz auf den Markt. Sie hat mittlerweile in zahlreichen Referenzen ihre Bewährungsprobe bestanden, sprich ihre Einspareffekte nachgewiesen: weil sie niedrigste Rücklauftemperaturen und damit höchste Kondensationswärme-Gewinne garantiert.
Bild 3: Wertetabelle.
Drei Kreise als ein Kreis
Bild 4: Kondensat-Messgerät BrennCon www.consoft.de.
In Kassel fand der „rendeMIX“ ein besonders spannendes Terrain vor, nämlich drei Temperaturzonen: erstens den Verwaltungskomplex als Radiatorkreis mit etwa 60 °C Vorlauf, zweitens die Ausstellung mit Fußbodenheizung für maximal 40 °C und drittens schließlich die Lagerhalle mit ebenfalls Rohrschlangen im Boden für eine Vorlauftemperatur bis 30 °C. Dieser dritte Abschnitt soll im Prinzip nur frostfrei gehalten werden. Das Anlagenschema basiert deshalb auf folgenden Spreizungen: Büros 62/42 °C, Ausstellung 40/30 °C, Lager 30/20 °C. Mit „rendeMIX“ beheizt sich praktisch der gesamte Komplex als Ein-Kreis-Ausführung. In der Vergangenheit der zwei atmosphärischen Altkessel mischten drei Mischer drei Temperaturen für jeden Teilbereich, und der gemeinsame Rücklauf fiel deshalb nie unter 42 °C. Die Anlage ging zu Beginn der Heizperiode 2005/2006 in Betrieb, und einige Wochen später im Frühjahr starteten die Fortbildungslehrgänge für Handwerksbetriebe und Planungsbüros an „Ecocraft“ und „rendeMIX“. Die ersten Schulungen mussten sich neben der Funktionserklärung mit punktuellen Ergebnissen aus der Realität begnügen. Wie temperaturstabil und mit welchen Nutzungsgraden sich die einzelnen Volumenströme durch die Rohrschlangen, durch die Radiatoren und durch die Wärmetauscher des „Ecocraft“ schoben, ließ sich nur an momentanen Thermometerwerten ablesen und an der Bilanz einiger Wochen, nicht aber an der Bilanz zweier Heizperioden als Vorher-Nachher-Vergleich. Solch eine Bewertung liegt jetzt vor. In den zwei Jahren vor „Ecocraft“ und „rendeMIX“, in den Jahren Juli 2003 bis Juni 2004 sowie im gleichen Zeitraum 2004 bis 2005 betrug der Heizenergieverbrauch bei Richter + Frenzel in Kassel 506 000 beziehungsweise 499 000 kWh. Rechtzeitig vor dem Winter 2005/2006 installierte der örtliche Heizungsbauer, die Firma Günter Tromp Haustechnik, Kassel, den modularen Vaillant-Wärmeerzeuger und schloss mit der Baunach-Armatur die drei Heizkreise in Reihe. Das Ergebnis: nur noch 356 000 kWh. Dieser Wert ist nicht witterungsbereinigt, sondern von der Gasuhr abgelesen. Das ändert aber wenig an der Verhältnismäßigkeit, da die Klimadaten in diesenb etrachteten drei Jahren nicht sonderlich voneinander abwichen.
Jetzt Magra-Verteiler für rendeMIX
Schaut man sich die Installation bei Richter + Frenzel an, fällt die noch sehr aufwendige Verrohrung der einzelnen Mischergruppen auf. Die gingen ins Geld. Im Falle Richter+ Frenzel spielte das nun für die Entscheidung keine wesentliche Rolle, weil man erstens eine Demonstrationsanlage einrichten wollte und zweitens bereits Verhandlungen mit dem Armaturenhersteller Magra liefen, für den „rendeMIX“ einen speziellen Verteiler zu schweißen. Derwürde später im Handelsgeschäft die Kosten absenken und damit die besondere Architektur der Reihenschaltung insgesamt kosten- wie montageseitig attraktiver gestalten. Auf der Essener SHK im Jahr 2006 präsentierten Magra und Baunach die Armatur. In ihr verbindet sich das „rendeMIX“-Schema mit dem Prinzip des bekannten Verteilerbalkens. Das Besondere daran ist jedoch, dass pro Mischergruppe drei Anschlüsse vorgesehen sind und nicht zwei, wie in der Standardversion, nämlich heißer Vorlauf, warmer Rücklauf, kalter Rücklauf. Der Verteiler lässt zu, bis fünf Gruppen anzuflanschen. Um Verwechslungen zu vermeiden, sind die einzelnen Kupplungen eindeutig markiert. Beachtet werden muss lediglich die Reihenfolge der Heizkreise, sie zum Wärmeerzeuger hin mit sinkender Rücklauftemperatur anzubinden. Ansonsten besteht kein Unterschied zum bewährten Magra-System.
Nachweislich 30 Prozent gespart
Der moderne Kessel und die Heizkreisreihung drückten mithin die Erdgaskosten um rund 30 Prozent. Grob gesehen werden zwei Drittel dieses Erfolges dem Wärmeerzeuger zuzuschreiben sein und das dritte Drittel dem Anlagenschema. Für dessen Realisierung musste damals die HG Baunach GmbH & Co. KG einige Überzeugungsarbeit beim Planer und bei Vaillant leisten. Schaut man sich die drei Einzelspreizungen an und rechnet noch einige Toleranzen ein, addiert sich die Gesamtspreizung auf 40 K. Vaillant wollte anfangs diese Differenz zwischen Vor- und Rücklauf dem Wärmeerzeuger nicht zumuten, aus Sorge, ein einzelnes Modul könnte unter Umständen bei ungünstigen Bedingungen unter Wassermangel leiden. Die Remscheider beharrten ursprünglich auf einem Überströmer, auf einer hydraulischen Weiche. Denn der „Ecocraft“ gehört zur Familie der Umlauf-Wasserheizer, und die brauchen nun mal Mindestvolumenströme. Die Techniker lösten dieses Problem von der Anlagenseite her. Sie bauten eine Regelungshierarchie auf, die so abgeglichen ist, dass einzelne Kreise bei Betrieb der Module immer die Mindestumlaufwassermenge garantieren, also nicht vollständig herunterregeln. Die drei Temperaturebenen bei Richter + Frenzel begnügen sich mit insgesamt 200 kW. Im Schulungs-/Technikraum steht deshalb ein Ecocraft mit fünf Modulen (5 x 40 kW). Die Betreiber zählten die Starthäufigkeit und ermittelten eine durchschnittliche Kessellaufzeit von 2,5 Tagen je Start. Nun dürfte das für eine modulierend betriebene Heizungsanlage, die bis auf ein paar Kilowatt herunterfahren kann, kein besonders überraschender Wert sein. Im strengen Winter müssten sich Wärmebedarf und Wärmeleistung ausbalancieren und die Anlage quasi durchlaufen, doch über eine gesamte Heizperiode betrachtet sprechen 2,5 Tage für eine sehr solide Anlagenkonfiguration.
Bild 5: Schaltschema.
Hohe Brennwertnutzung
Das drückt sich auch in der Brennwertnutzung aus. Die Hersteller versprechen Nutzungsgrade von in der Regel 105 Prozent. Nur klafft doch häufig zwischen Theorie und Praxis oder zwischen Prüfstand und Feld eine erhebliche Lücke. Das hat etwas mit zu hohen Rücklauftemperaturen zu tun. Bei einem Wert von etwa 40 °C fällt ein Drittel Kondensat weniger an im Vergleichmit dem „Gewinn“ bei 20 °C. Im Ergebnis läuft das auf verlorene fünf Prozent Nutzungsgrad hinaus. In der Richter + Frenzel-Niederlassung sollten sich wegen der Dreifachnutzung des Vorlaufs bis hinunter auf 20 °C eigentlich keine Differenzen zwischen geplantem und gemessenem Kondensationswärmeertrag einstellen dürfen. Die Berater und Schulungsleiter wollten sich aber auch hier belegbar auf Beweismaterial abstützen und regten die Installation eines BrennCon-Messgeräts an. Das litert das Schwitzwasser aus. Im Prinzip handelt es sich um einen Kondensatsammler definierten Inhalts, die jeweils eine Behälterfüllung ins Abwassernetz entleert und aus der Addition der Hübe das Kondensatvolumen bestimmt. Die Nachkalkulation durch Richter + Frenzel ergab höchst Erfreuliches: Dem Gasverbrauch von 4182 m3 oder 43 284 Kilowattstunden in der Periode 20.12.2005 bis 12.01.2006 stehen spezifisch 94 g/kWh Kondensat gegenüber. Daraus liest sich in Bild 3 eine durchschnittliche Rücklauftemperatur von etwa 33 °C ab und ein thermischer Wirkungsgrad des Kessels im betrachteten Zeitraum von 104 Prozent. Bei 42 °C Rücklauf – wie in der Vergangenheit – hätte sich der „Ecocraft“ mit rund 4 % weniger Effektivität begnügen müssen – und damit viel verschenkt.
Einige Nachbesserungen
Mindestens 16 000 Kilowattstunden ver-schenkt. Denn in den ersten Wochen der Inbetriebnahme stützte sich die Anlage noch auf eine ältere Regelungssoftware ab, die nicht maßgeschneidert zur Drei-Kreis-Architektur passte. Vaillant besserte nach. Den Erfolg bescheinigt ebenfalls Bild 3: Ab Januar pendelte sich die Kondenswassermenge auf etwa 98 g/kWh ein, was noch einmal mindestens einen halben Prozentpunkt mehr oder 2000 kWh bedeutet. Noch ein anfängliches Manko: Es hatte sich ein Installationsfehler eingeschlichen. Der dürfte zu Lasten der Anlagenaufwandszahl im Sinne der Energieeinsparverordnung gegangen sein. Einer der Außenfühler meldete leider, wie sich später herausstellte, permanent Frosttemperaturen. Folge: Auch bei milder Witterung strömte der Vorlauf mit derauf maximal 67 °C begrenzten Kesseltemperatur in die Radiatoren. Es blieb zwar trotzdem bei einem Rücklauf um 30 °C, doch klettert nach DIN 4701 Teil 10 „Energetische Bewertung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen“ der Wärmeverlust der Wärmeverteilung mit steigender Systemtemperatur an. Da die Verteilebene in Kassel aber mehrheitlich innerhalb der thermischen Hülle des Objekts liegt, dürften sich die Abstriche nur minimal in Euro und Cent bemerkbar gemacht haben.
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