Anlagenregelung an individuelle Bedürfnisse anpassen
Frei programmierbare Regler sorgen für effiziente und energiesparende Beheizung von 100 Wohnungen
Eine nachhaltige und klimaneutrale Beheizung hat sich die österreichische Wohnungsbaugenossenschaft WBG Neuruppin für den Bau von 100 Wohnungen auf die Fahnen geschrieben. Zur Umsetzung kommen u. a. Solarthermieanlagen, Sole/Wasser-Wärmepumpen und zahlreiche diverse Speicheranlagen zum Einsatz. Das Ziel der effizienten und energiesparenden Heizungsanlagenregelung wurde über frei programmierbare Regler gelöst. Zudem konnten durch das System Fehler in Heizungsanlagen ausfindig gemacht werden.
Die Wohnungsbaugenossenschaft WBG Neuruppin hat mit „WoMeNa“ (WohnenMenschNatur) ein ganzheitliches Wohnkonzept kreiert. Das Wohnprojekt „An der Pauline“ ist das entsprechende Modellprojekt, bei dem zwischen den Jahren 2017 und 2022 in fünf Bauabschnitten insgesamt etwa 100 Wohnungen entstehen. Auf der ökologischen Seite wurde auf ressourcenschonendes Bauen und vor allem auf ein CO2-neutrales Energiekonzept Wert gelegt.
Klimaneutrale Beheizung
Die Ziele des Energiekonzepts sehen eine klimaneutrale Beheizung sowie eine 100%ige Versorgung mit Ökostrom vor. Zwei Solarthermie-Anlagen sorgen für ausreichend Wärme vom Frühjahr bis in den Herbst hinein. Der Überschuss aus der Solarthermie kann in den warmen Monaten sowohl über ein Nahwärmenetz zwischen den Gebäuden ausgetauscht oder in Erdspeichern geladen werden, die im Winter wiederum als Energiequelle für drei Sole/Wasser-Wärmepumpen dienen. Sollten alle Speicher zu 100 % gefüllt sein, besteht zudem noch die Möglichkeit, die Wärmeüberschüsse in das Fernwärmenetz einzuspeisen. Die Fernwärme wiederum dient auch als Backup für sehr kalte Tage mit wenig oder gar keinem Sonnenschein. Des Weiteren wurde auch eine Wärmerückgewinnung in der Lüftungsanlage realisiert. Über ein Kühlregister in der Abluft wird dieser Energie entzogen und einem Solespeicher für die Wärmepumpen zugeführt. Zudem gibt es einen großen Pufferspeicher für die Fußbodenheizung und einen für die Warmwasserbereitung, sodass sich zusammen mit den verschiedenen Wärmelieferanten eine regelungstechnisch sehr komplexe Anlage ergibt. Um die damit einhergehenden Aufgaben und Anforderungen effizient und energiesparend erfüllen zu können, wurden frei programmierbare Regler des Unternehmens Technische Alternative eingesetzt.
Programmierbare Regler
In dem Anlagensystem sind insgesamt vier Reglereinheiten platziert. So regelt eine „UVR16x2“ die Solarthermie, den Erdtank und die Wärmerückgewinnung. Eine weitere „UVR16x2“-Einheit ist für die Heizkreise, das Warmwasser, die Fernwärme und den Pufferspeicher zuständig, während eine „UVR16x2S-DC“ die Überwachung (Betriebs- und Störmeldungen) sowie die Freigabe der Heizungspumpen übernimmt. Eine „RSM610“-Einheit – die kleine Schwester der „UVR16x2“ – wiederum ist für alle Regelaufgaben rund um die Wärmepumpen zuständig: Aufgrund von M-Bus-Zählerdaten entscheidet es, wie viele der Wärmepumpen benötigt werden. Die Regelung berücksichtigt mittels Mindestlauf- und Wartezeiten aber auch, dass eine Wärmepumpe nicht beliebig ein- und ausgeschaltet werden kann. Befinden sich alle drei in der Wartezeit, oder reicht die verfügbare Leistung nicht aus, wird als letzter Wärmelieferant die Fernwärme aktiviert.
Anbindung an die Stadtwerke
Über drei Bus-Module („CAN-BC2“) werden einerseits die Werte der M-Bus-Zähler der Anlage an die Regler weitergegeben. Andererseits werden aber auch alle Messwerte sowie Betriebs- und Störmeldungen gemeinsam mit den M-Bus Werten – insgesamt 192 Datenpunkte – an das Leitsystem der Stadtwerke Neuruppin übertragen.
Anlagenfehler ausfindig gemacht
David Hein, Geschäftsführer der „Digitale Haustechnik GmbH“ aus Teltow, zeichnet für das regelungstechnische Konzept verantwortlich und erklärt: „Die Regelung bei diesem Objekt ist recht komplex. Vorrang haben Solarthermie und Warmwasser. Das heißt, immer wenn die Sonne scheint soll sie genutzt werden, um Warmwasser zu bereiten. Danach folgen der Speicher für die Fußbodenheizung und die Erdspeicher. Scheint die Sonne nicht oder nicht stark genug, kommen die Wärmepumpen zum Einsatz, von denen drei mit je 13 kW Nennleistung zur Verfügung stehen. Die Regelung muss also auch entscheiden, wie viele Wärmepumpen im Moment benötigt werden.“
Zu Beginn gab es noch unerwartete Probleme, weil innerhalb der Wärmepumpen keine Rückschlagklappen installiert waren. Das führte dazu, dass der Volumenstrom zu einem gewissen Teil durch die jeweils anderen beiden Wärmepumpen lief und es durch diesen „Kurzschluss“ auf der Soleseite sehr kalt und auf der Heizungsseite wiederum sehr warm wurde.
Um der Ursache für dieses Problem auf die Spur zu kommen, hat Hein über mehrere Tage mit einer zusätzlichen Universalregelung des Typs „UVR16x2“ und einer Sensorerweiterung alle Vor- und Rücklauftemperaturen von Sole, Heizung und Warmwasser – insgesamt 18 Werte – auf eine in dem Gerät installierte interne SD-Karte aufzeichnen lassen. Die Analyse der Messdaten hat dann ergeben, dass sich trotz nur einer aktiven Wärmepumpe auch die Temperaturen der beiden inaktiven veränderten, wobei die Vor- und Rücklauftemperaturen gleich waren. „Nur wenn alle drei gleichzeitig aktiv waren, haben die Wärmepumpen wie gewünscht gearbeitet. Die Effizienz sank dadurch erheblich ab, weil nach einiger Laufzeit mit extrem kalter Sole sehr heißes Wasser bereitet wurde. Mit zwei motorbetriebenen Kugelhähnen und einem zusätzlichen Modbus-Modul je Wärmepumpe erreichen wir nun, dass die Anforderung für Heizung oder Warmwasser vorgegeben werden kann und dann immer nur der Rücklauf jener Seite, die gerade benötigt wird, geöffnet ist“, freut sich David Hein über seine Lösung und betont: „Die Ansteuerung der Wärmepumpen wurde dadurch insgesamt zwar komplizierter, aber mit den frei programmierbaren Reglern der ‚Technische Alternative‘ problemlos umsetzbar.“
Fazit
Die Daten aus den ersten Monaten zeigen, dass man mit dem Konzept eine gute Mischung gefunden hat. Die Solaranlage lieferte Anfang April bereits genug Wärme für die Warmwasserbereitung und einen Großteil des Heizbedarfs. So wurde die Fernwärme seit Anfang März und ab Mai weitgehend auch die Wärmepumpen nicht mehr benötigt. Zudem ergänzt Hein abschließend mit einem Blick auf das Regelungssystem: „Ob es Verschattung, Beleuchtung, Heizung, Klimatisierung, Lüftung oder das Energiemanagement ist, die TA-Regler können das alles und bieten den Kunden und den Dienstleistern dabei noch eine gute und zuverlässige Fernwartungs- und Fernüberwachungslösung.“
Bilder: David Hein
www.ta.co.at