Smart gemischt und per Cloud überwacht

„Beim Wärmecontracting ist für uns ein entscheidender Faktor, den Betrieb unserer Anlagen genau zu überwachen und immer wieder zu optimieren“, sagt Alexander Grafe, Technischer Leiter bei OVE Objekt-Versorgung mit rationellem Energieeinsatz. „Das gilt auch für Mischkreise, denn sie haben erheblichen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit und CO₂-Bilanz der Anlage. Deswegen haben wir uns schon früh mit innovativen Lösungen für Mischkreise beschäftigt.“

Das mittelständische Energiecontracting-Unternehmen im niedersächsischen Bad Rothenfelde verfolgt ganzheitliche Ansätze zur innovativen und nachhaltigen Versorgung von Quartieren und hat bundesweit bereits mehr als 450 Objekte umgesetzt. Viele der von OVE betreuten Objekte werden über Nahwärmenetze versorgt, häufig mit einem BHKW, das die Wärmeenergie für ein Quartier mit einigen Dutzend Wohn- oder Gewerbeeinheiten liefert. Für den effizienten Betrieb wird die Vorlauftemperatur bei der Übergabe an das Gebäude über einen Mischkreis auf das optimale, benötigte Niveau gebracht, beispielsweise für eine Fußbodenheizung.

Diese Mischkreise wurden lange Zeit auf herkömmliche Weise mit Einzelkomponenten erstellt. „Bei der klassischen temperaturgeführten Mischersteuerung hatten wir aber nur Zugriff auf die üblichen Parameter des Mischers“, so Alexander Grafe. „Selbst über die Gebäudeleittechnik hatten wir die Kontrolle über Mischer und Pumpe nicht in dem Maße, wie wir es für die Hebung von Effizienzpotenzialen gerne gehabt hätten.“

Erste All-in-one-Mischkreislösung

2017 erfuhr OVE von der neuen Grundfos-Mischkreislösung Mixit. Der Hersteller ging mit dem Konzept einer All-in-one-Lösung erstmals neue Wege bei Mischkreisen. Bei dieser Lösung ist neben der Sekundärkreispumpe lediglich eine Regeleinheit erforderlich, die komplett ausgestattet ist mit Kugel- und Rückschlagventil, integriertem Schrittmotor, Temperatur- und Drucksensoren sowie einer intelligenten Temperaturregelung. Durch die Integration entfällt das Verrohren und Verkabeln einzelner Komponenten, zumal die Mixit-Regeleinheit und die Sekundärkreispumpe Magna3 drahtlos per Funkschnittschnelle miteinander kommunizieren können.

„Die Komplettlösung mit der integrierten Regelung der Pumpe war genau das, was wir brauchen“, erinnert sich Alexander Grafe. „Auf einer Messe haben wir dann zusammen mit einem Bauträger für Reihenhäuser, für den wir bundesweit viele Objekte betreuen, ein Gespräch mit Grundfos geführt und wenig später mit Unterstützung der Grundfos-Techniker ein erstes Projekt mit der Mixit-Lösung realisiert.“

Inzwischen sind mehr als 30 Anlagen in Betrieb. Aufgrund seiner Contracting-Erfahrung und der zahlreichen betreuten Anlagen konnte OVE den Grundfos-Technikern auch immer wieder wertvolles Feedback für die Weiterentwicklung der Mischkreislösung geben. Mittlerweile setzt OVE die neueste Mixit-Generation ein, die Grundfos im Frühjahr 2021 vorstellte. Im Vergleich zur Vorgängerversion wurde die Regeleinheit hard- und softwareseitig grundlegend weiterentwickelt und optisch neu gestaltet. Sie besitzt jetzt einen integrierten Vortexsensor zur Messung des Primärvolumenstroms und zusätzliche Ein-/Ausgänge, unter anderem einen RJ45-Eingang zur direkten Verbindung mit der Cloudüberwachungslösung Grundfos BuildingConnect.

Referenzobjekt mit neuester Mixit-Generation

Das erste OVE-Projekt mit der neuesten Generation der Mischkreislösung ist eine Wohnanlage in der Nähe des Unternehmensstandortes in Bad Rothenfelde, die dem Contracting-Anbieter auch als Referenzobjekt dient. Das Objekt umfasst im Mitte 2021 fertig gestellten ersten Bauabschnitt acht Wohneinheiten, weitere acht Einheiten in einem separaten Gebäude sollen im zweiten Bauabschnitt 2022 folgen. Die Versorgungstechnik ist bereits für alle 16 Wohneinheiten ausgelegt.

Die Wärmeerzeugung erfolgt hauptsächlich über ein gasbetriebenes BHKW mit 21 kW_th und 9 kW_el Leistung. Die ausgekoppelte Wärme von 70 bis 85 °C wird über einen Phasenwechselspeicher gepuffert, um eine optimale Standzeit des BHKW mit mindestens 3.500 Betriebsstunden pro Jahr zu gewährleisten. Der weitere Wärmeerzeuger ist eine ebenfalls mit Pufferspeicher betriebene Luft/Wasser-Wärmepumpe, die bei Spitzenlast freigeschaltet wird und bei Ausfall des BHKW die Grundtemperatur sichert. Der Energiebedarf der Anlage erfüllt die Förderkriterien nach KfW-Effizienzhaus-Standard 55.

Die Wärmeversorgung der Wohnungen erfolgt in einem Niedertemperaturkreis, der ganzjährig auf 45/35 °C im Vor-/Rücklauf ausgelegt ist. Jede Wohnung hat dafür eine eigene Übergabestation mit Fußbodenheizungsverteiler und einem kombinierten elektrischen Durchlauferhitzer für die Unterstützung von Spitzenlasten bei der Trinkwassererwärmung.

Mischkreis zur Vorlaufanpassung

Ein Mischkreis zwischen Wärmeerzeugung und dem eigentlichen Versorgungsnetz sorgt dafür, dass der höhergradige Vorlauf auf das Niveau des niedergradigen Versorgungskreises abgesenkt wird. Diese Aufgabe übernimmt die Mischkreislösung Mixit. Das integrierte Kugelventil der Regeleinheit wird als 3-Wege-Ventil betrieben, um dem Vorlauf mit 60 bis 70 °C eine Teilmenge des Rücklaufs aus dem Versorgungsnetz beizumischen. Der Rücklauf hat eine Temperatur von etwa 25 bis 30 °C, die Solltemperatur für den Versorgungskreis liegt bei etwa 40/45 °C.

„Einen solchen Mischkreis mit einer Komplettlösung zu realisieren, anstatt alle Komponenten einzeln auslegen und installieren zu müssen, ist natürlich erheblich einfacher“, urteilt Alexander Grafe. „Auch das nahtlose Zusammenspiel zwischen Regeleinheit und Pumpe ist ein entscheidender Vorteil. Die Regeleinheit steuert den Betrieb der Pumpe und nutzt auch deren Sensoren. Man muss lediglich die Regeleinheit parametrieren und nicht jede einzelne Komponente. Unter dem Strich macht die Lösung es sehr einfach, den Vorlauf präzise anzupassen und das optimale Delta T (Spreizung von Vorlauf- und Rücklauftemperatur) für den effizienten Betrieb zu finden.“

Einen entscheidenden Vorteil sieht man bei der OVE im Online-Zugriff auf eine Vielzahl von Datenpunkten. „Für uns als Contracting-Unternehmen ist es wichtig, den Betrieb des Mischkreises ständig überwachen und bei Bedarf optimieren zu können“, so Alexander Grafe. „Bei einem Mischkreis mit Einzelkomponenten braucht man dafür eine Leittechnik. Das ist mit beträchtlichen Kosten und Aufwand verbunden, trotzdem kann man letztlich auch damit nur den Mischer steuern. Bei der Grundfos-Lösung haben wir über die Regeleinheit erheblich mehr Datenpunkte unter Kontrolle und zusätzlich Zugriff auf den Pumpenbetrieb. So können wir beispielsweise Betriebszeiten, Volumenstrom, Drehzahl und Energieverbrauch der Pumpe fortlaufend kontrollieren. Die Regeleinheit ermöglicht uns jederzeit die volle Kontrolle über den gesamten Mischkreisbetrieb.“

Überwachung mit neuer Cloudlösung

Die Überwachung der Anlage erfolgt per Fernüberwachung vom Kontrollraum vom Unternehmenssitz aus. Im Objekt ist eine Fernüberwachungseinheit installiert, über die neben BHKW und Wärmepumpe auch die Regeleinheit des Mischkreises mit dem Internet verbunden ist. Die in Bad Rothenfelde verbaute neueste Mixit-Generation ist dafür mit einem eigenen RJ45-Eingang ausgestattet und bietet die Möglichkeit, den Mischkreis mit der Cloudlösung Grundfos BuildingConnect zu überwachen. Die Plattform dient zum Überwachen, Steuern und Betreiben von Heizungsanlagen in kleineren Objekten, in denen keine umfassende Leittechnikführung zur Verfügung steht. Wichtige Funktionen können schon in der Mixit-Standardausführung genutzt werden, der volle Leistungsumfang erfordert ein Software-Upgrade der Regeleinheit. Über die Plattform lassen sich bis zu 100 Datenpunkte von Pumpe und Mischer überwachen.

„Die Cloudlösung ist eine wichtige Weiterentwicklung für Mischkreise“, sagt Alexander Grafe. „Bei älteren Modellen haben wir über das GENIbus-Protokoll auf die Daten zugegriffen. Mit der Cloudlösung brauchen wir lediglich eine aktive Internetverbindung und haben über das werkseitige Dashboard visualisierten Zugriff auf alle Datenpunkte des Mischkreises. Das ist vergleichbar mit anderen Plattformen, die wir beispielsweise für die Steuerung unserer BHKW oder Wärmepumpen nutzen. Für eine Mischkreis-Steuerung ist eine solche Lösung jedoch außergewöhnlich und in jedem Falle ein sehr nützliches Tool.“

OVE will die neueste Mixit-Technik zukünftig nicht nur bei Neuanlagen einsetzen, sondern auch bei der Modernisierung von Altanlagen, die noch mit herkömmlichen Mischkreisen realisiert wurden. Mit Blick auf die Cloudlösung denkt man beim Contracting-Unternehmen auch bereits über einen Austausch älterer Mixit-Modelle nach. „Perspektivisch ist es das Ziel, möglichst viele der betreuten Anlagen über GrundfosConnect zu überwachen, einschließlich der Störmeldungen und der Planung von Wartungszyklen“, so Alexander Grafe. „Ich gehe davon aus, dass wir bereits in ein bis zwei Jahren auf mehr als 100 Mischkreise per Cloud zugreifen werden.“

Wenige Jahre nach dem ersten Testprojekt ist die Grundfos-Lösung fester Bestandteil vieler OVE-Anlagen. „Die All-in-one-Lösung hat sich in Dutzenden von Anlagen bestens bewährt“, urteilt Alexander Grafe. „Sie reduziert den Aufwand für Planung und Installation, ist einfach zu handhaben und ermöglicht uns maximale Kontrolle über den Mischkreisbetrieb. Mit der Cloudüberwachungslösung für die neueste Generation ist das Konzept sinnvoll weiterentwickelt worden und noch interessanter für Betreiber, die ihre Anlage, wie wir als Contractor, konsequent optimieren wollen.“

Eine Information der Grundfos GmbH, Erkrath