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Der Autor: Dipl.-Ing. Marc Gebauer, Leiter des technischen Büros bei W. Baelz & Sohn GmbH & Co., Berlin
Plattenwärmeübertragern mit geregelten Strahlpumpen
Die Beimischregelung von Vorlauf und Rücklauf mittels geregelter Strahlpumpe bewirkt eine angepasste Eintrittstemperatur in den Wärmeübertrager und eine erhöhte Wassermenge im Teillastfall gegenüber einer einfachen Regelung mit einem Durchgangsregelventil. Mit der erhöhten Wassermenge wird der Wärmeübergang verbessert. In einem Lastbereich von ca. 3 % beispielsweise wird im Vergleich zur Drosselschaltung die etwa 9-fache Wassermenge über dem Wärmeübertrager umgewälzt. Diese Wassermenge garantiert ein stabiles Regelverhalten auch in kleinsten Lastbereichen, z. B. nachts bei der bloßen Erwärmung des Zirkulationswassers.
Vorteile der Beimischschaltung mittels Strahlpumpenregelung:
- Verringerung von Materialspannungen am Wärmeübertrager
- Verringerung der Verkalkung durch die Temperaturanpassung
- Ausregelung von Druckschwankungen im Primärnetz des Wärmeversorgers
- Vergrößerung der zirkulierenden Wassermenge auf der Primärseite des Wärmeübertragers im Teillastbetrieb
- Stabiles Regelverhalten von 1-100 % Lastschwankungen
- Schnelle Reaktionszeiten durch Kaskadenregelung
- Geregelte Baelz Strahlpumpen sind langlebig, wartungsarm und energiesparend.
Steigerung der Nachhaltigkeit mit Photovoltaik
Die Ergänzung dieses Systems mit Photovoltaik steigert die Nachhaltigkeit der Trinkwassererwärmung (TWE) im Durchflusssystem mit Strahlpumpentechnik, da die Menge der verbrauchten Fernwärme so entsprechend geringer wird.
Die Erwärmung von Trinkwasser mit Hilfe von Photovoltaik wird zunehmend populär, da sie eine umweltfreundliche Alternative zur klassischen Trinkwassererwärmung bietet. Die Kombination von PV mit einem elektrischen Heizsystem, wie beispielsweise einer zusätzlichen Heizwendel im Vorratsbehälter auf der Primärseite, macht es möglich Sonnenstrom direkt für die Trinkwassererwärmung zu nutzen. Die Speicherung überschüssigen PV-Stroms in einer Batterie erlaubt die TWE auch abends oder an bewölkten Tagen.
Die Speicherung von Trinkwasser in Trinkwarmwasserspeichern ist weder im privaten noch im industriellen Bereich noch üblich, insbesondere wegen der Legionellengefahr.
Die richtige Hydraulik, moderne Regelungstechnik und schnelle Antriebe ermöglichen Reaktionszeiten für Durchfluss-Systeme in wenigen Sekunden. Systeme mit primärseitigem Vorratsbehälter sind bei Anwendungen mit hohen Spitzenlastfällen oder für Heizungsergänzung über Photovoltaikstrom sinnvoll.
Die Besonderheit der TWE ist in diesem Beispiel ein primärseitiger Vorratsbehälter in der Rücklauf-Ansaugleitung der Strahlpumpe (Bild 2). So wird die Erwärmung des ausgekühlten Rücklaufs vom Plattenwärmetauscher über eine elektrische Heizwendel im Vorratsbehälter möglich. Je mehr erwärmtes Trinkwasser gezapft wird, desto mehr kaltes Trinkwasser strömt über den Wärmeübertrager und die primärseitige Rücklauftemperatur fällt von 55 °C auf beispielsweise 30 °C ab.
Solange ausreichend Wärmemenge durch den Vorratsbehälter zur Verfügung gestellt wird, ist die Strahlpumpe im Vorlauf (01) geschlossen. (Bild 2) Die Bereitstellung der Heizwärme über die geschlossene Strahlpumpe erfolgt durch eine elektrische Ladepumpe am Vorratsbehälter. Bei geschlossener Strahlpumpe wird keine Fernwärme und damit keine externe Energie verbraucht. Erst wenn die gewünschte Vorlauftemperatur im erwärmten Trinkwasser -04- (60 °C) nicht erreicht wird, öffnet die Strahlpumpe und nutzt die Fernwärme über den Vorlauf -01-.
Der Verlauf des Strahlpumpenhubes einer Trinkwassererwärmung in einem größeren Gebäude wird im Diagramm (Bild 3) gezeigt. Die Aufzeichnung der Stellung der geregelten Strahlpumpe über einen Tag zeigt während eines großen Zeitabschnitts die Schließstellung (01 geschlossen), also kein Fernwärmeverbrauch. Auch wenn die Strahlpumpe Fernwärme zumischt, wird die Vorratswärme zum Vorwärmen des Rücklaufwassers genutzt. Die Fernwärme wird nur zum Nachwärmen ergänzt.
Die Erweiterung von Bestandsystemen um einen Vorratsbehälter mit einer Heizwendel und der Ladepumpe ist möglich. Auf die Begrenzung der Speichertemperatur auf ca. 65 °C sollte geachtet werden, damit die Temperatur des erwärmten Trinkwassers gehalten wird. Alternativ kann die Ladepumpe drehzahlgeregelt sein und über einen Wärmezähler oder den Temperaturfühler am Warmwasser geregelt werden.
Der im Rücklauf eingebaute Wärmezähler zeigt den reduzierten Fernwärmeverbrauch an, der bei vollem Einsatz der PV gleich null ist.
Fazit
Das Durchlauferhitzerprinzip der Baelz-Moduline aus der Kombination von Plattenwärmeübertrager und geregelter Strahlpumpe macht bei der Trinkwassererwärmung einen Trinkwarmwasserspeicher überflüssig. Dadurch resultiert eine deutliche Energieeinsparung. Im Beispiel eines großen Gebäudes bringt darüber hinaus Photovoltaik-Strom Rücklaufwasser in einem Vorratsgefäß mit Heizwendel auf höhere Temperatur. Dadurch wird noch weniger Fernwärme benötigt – im Beispiel die Hauptenergiequelle für die Heizung.
Insgesamt wird das Ziel weniger Energie zu verbrauchen erreicht. Vor allem wird weniger fossile Energie und dafür mehr erneuerbare für die Erwärmung von Trinkwasser eingesetzt und so auch der CO2-Ausstoß verringert.
· Artikel im Heft ·
