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Druckerhöhungsanlagen zur hocheffizienten KaltwasserversorgungBetriebskosten senken mit moderner Pumpentechnik

Druckerhöhungsanlagen werden beispielsweise dann eingesetzt, wenn der vom Wasserversorger bereitgestellte Druck nicht ausreicht, um das Trinkwassersystem eines Objekts zu versorgen. Dabei kommt es Planern, Investoren und Betreibern insbesondere auf einen energiesparenden, bedarfsgerechten Betrieb sowie Langlebigkeit und Zuverlässigkeit an. Erhebliche Beiträge zur Energie- und Kosteneinsparung lassen sich mit modernen Druckerhöhungsanlagen erzielen, die mit elektronisch geregelten Pumpen ausgestattet sind. Was bei der Planung zu beachten ist, erläutert der folgende Beitrag.

Druckerhöhungsanlagen sorgen vor allem in größeren Gebäuden mit einem umfangreichen Trinkwassernetz für die komfortable und sichere Versorgung aller Zapfstellen.

 

Wird der benötigte Versorgungsdruck aufgrund zu großer geodätischer Höhe der Entnahmestellen oder zu hohem Druckverlust im Rohrleitungssystem unterschritten, müssen Druckerhöhungsanlagen (DEA) eingesetzt werden. Sie gewährleisten die konstante Wasserversorgung auch in weitverzweigten Netzen bis zur letzten Zapfstelle und werden beispielsweise in Wohn- und Bürogebäuden, Hotels, Einkaufszentren, Krankenhäusern, Schulen und anderen Großgebäuden eingesetzt. Neben Trink- und Brauchwasser können sie wässrige Medien unterschiedlichster Art fördern und eignen sich deshalb auch für Kühlwassersysteme und verschiedenste industrielle Anwendungen.

PLANUNG VON DEA ZUR TRINKWASSERVERSORGUNG
An Bauteile, Apparate und Werkstoffe von Druckerhöhungsanlagen werden besondere Anforderungen gestellt. Dabei muss berücksichtigt werden, dass alle mit Trinkwasser in Berührung kommenden Bauteile - also auch die Pumpen der DEA - entsprechend der Trinkwasserverordnung sowie den DVGW- und KTW-Vorschriften zu planen, auszuführen, in Betrieb zu nehmen und zu warten sind. Außerdem besteht die Anforderung, dass DEA für die öffentliche Trinkwasserversorgung mit mindestens zwei Pumpen gleichen Leistungscharakters ausgerüstet sein müssen, d.h. einer Betriebs- und einer Reservepumpe, wobei der maximale Förderstrom von jeder der beiden Pumpen zu 100% abgedeckt werden muss. Eine Ausnahme bilden nur kleinere Objekte wie z.B. Ein- und Zweifamilienhäuser, bei denen keine Reservepumpe erforderlich ist.

Kennlinien einer Kaskadenschaltung mit elektronisch geregelten Pumpen und wirkungsgradoptimierter Zu- bzw. Abschaltung der Spitzenlastpumpen.

Zudem gilt es, Stagnation und die damit einhergehende potenzielle Verkeimung des Trinkwassers zu verhindern. Daher ist bei Mehrpumpenanlagen eine zyklische Vertauschung der Pumpen erforderlich. Das bedeutet, dass jede Pumpe mindestens einmal in 24 Stunden den Betrieb übernehmen muss. Darüber hinaus muss sichergestellt sein, dass bei einem Pumpenausfall die Reservepumpe die Versorgung übernimmt und dass diese Störung angezeigt oder gemeldet wird. 

AUFTEILUNG IN DRUCKZONEN
Der erforderliche Fließdruck (pmin Fl) gebräuchlicher Armaturen ist in der DIN EN 806-3 definiert. Um eine optimale Wasserversorgung an jeder Stelle eines größeren Gebäudes zu erzielen, muss es in Druckzonen unterteilt werden. Denn oft reicht in einzelnen Gebäudeteilen bereits der vom Wasserversorgungsunternehmen gelieferte Versorgungsdruck aus. In dieser als Normalzone bezeichneten Druckzone ist keine DEA erforderlich. Die weiteren Gebäudeteile (Druckzone) werden durch eine DEA versorgt. Dabei ist sicherzustellen, dass auch an der hydraulisch ungünstigsten Entnahmestelle der für die Armatur erforderliche Mindestfließdruck ansteht. Andererseits darf an allen Entnahmestellen der Ruhedruck 5 bar nicht überschreiten. Deshalb ist es gegebenenfalls erforderlich, bestimmte Stränge des Kaltwassersystems mit Druckminderern auszustatten. In größeren Gebäuden kommen zum Teil mehrere DEA unterschiedlicher Leistung zum Einsatz. So werden die oberen Geschosse in Hochhäusern oftmals von einer anderen DEA versorgt als die unteren.
Die erforderliche Pumpenleistung ist nach DIN 1988 zu berechnen:

Bei der Auslegung von Wasserversorgungspumpen und Druckerhöhungsanlagen wird unter anderem die Länge des Rohrnetzes und die Zahl der Entnahmestellen erfasst. Der Einschaltdruck und der vom Wasserversorgungsunternehmen gelieferte Vordruck werden ebenfalls einbezogen. Darüber hinaus ist die Nutzungsart des Objekts zu berücksichtigen, da sich daraus unterschiedliche Durchflusswerte für die DEA ergeben.
Wechselnde Lastzustände werden besonders effizient durch Mehrpumpensysteme kompensiert. Das hierbei angewendete Pumpenleistungssplitting erlaubt den Betrieb der Einzelpumpe nahe am Wirkungsgradoptimum. Dabei übernimmt eine Pumpe die Aufgabe der Grundlastpumpe, während die anderen Pumpen als Spitzenlastpumpen fungieren und je nach Last mittels einer Kaskadenschaltung zugeschaltet werden.
Für die Auslegung von Pumpen und Pumpensystemen bietet Wilo Fachplanern und Fachhandwerkern das Softwaretool "Wilo"-Select" an. In diesem Programm können alle vorgesehenen Betriebsbedingungen berücksichtigt werden. Der Anwender gibt Schritt für Schritt alle relevanten Informationen oder Werte ein. Für den Fall, dass Daten fehlen, ist eine Rechnerfunktion vorgesehen. Wird diese angewählt, kann anhand der objektspezifischen Daten beispielsweise eine exakte

Mit "Wilo-Select" schrittweise zur richtigen DEA. Für die Fördermengenbestimmung kann eine Rechnerfunktion angewählt werden, die auf Grundlage der objektspezifischen Daten die Berechnung durchführt.

Fördermengenbestimmung durchgeführt werden. Am Ende des Rechenvorgangs schlägt das System eine oder mehrere DEA vor, die optimal für den jeweiligen Einsatzzweck geeignet sind. Weitere nützliche Informationen zur Planung und Auslegung von DEA für die Trinkwasserversorgung finden sich im "Planungshandbuch Druckerhöhungstechnik", das unter www.wilo.de kostenlos bestellt oder heruntergeladen werden kann.

ELEKTRONISCH GEREGELTE PUMPEN FÜR DIE WASSERVERSORGUNG
Überall dort, wo in Kaltwasseranlagen Pumpen zur Wasserversorgung benötigt werden, stellt der Stromverbrauch einen nicht zu unterschätzenden Kostenfaktor dar. Je nach Einsatzprofil und Betriebszeiten können DEA Stromkosten von mehreren Tausend Euro pro Jahr verursachen. Erhebliche Beiträge zur Energie- und Kosteneinsparung lassen sich hier durch elektronisch geregelte Hochdruck-Kreiselpumpen und DEA erzielen. Diese ermöglichen eine gleitende Anpassung an die verschiedenen Systemzustände. Dank integrierter oder externer Frequenzumformer kompensieren die Pumpen automatisch Schwankungen des Zulaufdrucks und halten den Versorgungsdruck an den Zapfstellen konstant. Vor diesem Hintergrund bietet der Dortmunder Pumpenspezialist WILO SE ein breit gefächertes Sortiment an elektronisch geregelten Hochdruck-Kreiselpumpen und DEA für jeden Anwendungsbereich. Sie zeichnen sich nicht nur durch eine hohe Energieeffizienz, sondern auch durch besondere Wartungsfreundlichkeit aus.

DEA MIT HOCHEFFIZIENTER HYDRAULIK
Die neueste Generation von DEA basiert auf den Hochdruck-Kreiselpumpen "Helix V" bzw. ihrer elektronisch geregelten Variante "Helix VE". Sie sind standardmäßig mit EFF1-Motoren ausgestattet und verfügen über eine hocheffiziente Hydraulik. Durch ein neuartiges, leicht zugängliches "X-Seal"-Kartuschensystem mit bedienungsfreundlichem frontalen Zugriff zeichnen sich die Pumpen in den Druckerhöhungsanlagen durch einen deutlich reduzierten Wartungsaufwand aus. So ist ein einfacher und zeitsparender Austausch des "X-Seal"-Kartuschensystems oder ein kostengünstiger Wechsel der in der Kartusche integrierten Gleitringdichtung möglich.

Die auf der "Helix"-Hochdruck-Kreiselpumpe basierenden Druckerhöhungsanlagen der Baureihen "Wilo-Economy", "Wilo-Comfort" und "Wilo-Comfort-Vario" - systemabhängig bestückt mit einer oder bis zu sechs Pumpen - werden als anschlussfertige Einheiten auf einem gemeinsamen Grundrahmen geliefert. Im Lieferumfang enthalten sind neben der Gesamtverrohrung inklusive aller hydraulisch benötigten Bauteile, Drucksensoren sowie der kompletten Verkabelung auch ein Schalt- und Regelgerät.

VORTEILE ELEKTRONISCH GEREGELTER PUMPEN
Durch die elektronische Regelung wird die hydraulische Leistung der DEA an die wechselnden Lastzustände der Trinkwasseranlage des Gebäudes angepasst. Bei herkömmlichen Systemen mit ungeregelten Pumpen erfolgt die Auswahl nach der maximalen Leistung, obwohl diese im Schnitt nur während 20 % der Betriebszeit wirklich abgerufen wird. Elektronisch geregelte Pumpen laufen demgegenüber mit der Drehzahl, die dem tatsächlich benötigten Förderbedarf entspricht. Meist reicht der deutlich wirtschaftlichere Teillastbetrieb völlig aus, woraus erhebliche Stromeinsparungen resultieren.
Das Stromsparpotenzial im Vergleich zu ungeregelten Pumpen beträgt - je nach Einsatzbereich und Pumpenmodell - bis zu 50%, in Einzelfällen sogar noch mehr. Die Betriebskosten des Kaltwassersystems werden aber nicht nur durch den niedrigeren Stromverbrauch, sondern auch durch eine verlängerte Lebensdauer der Pumpe gesenkt. Erwiesenermaßen ist im Teillastbetrieb der Verschleiß erheblich geringer als bei permanentem Volllastbetrieb, sodass weitere Kosten gespart werden können.

Durch den Anstieg des Versorgungsdrucks verschieben sich die eingestellten Schaltparameter. Bemerkenswert ist die in diesem Zusammenhang auftretende Volumenstromveränderung beim Ausschalten der Pumpen in der DEA: Das Ausschalten am Punkt A´ bei einem Volumenstrom V´ führt zum unmittelbaren Wiedereinschalten der Anlage, sie "taktet".

Ein weiterer Vorteil der elektronisch geregelten Pumpen besteht darin, dass sie bei Druckschwankungen im Trinkwassernetz ihre Leistung dynamisch anpassen können. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Zulaufdrücke in der Wasserversorgung eines Gebäudes aufgrund wechselnder Lastzustände im kommunalen Versorgungsnetz während des Tagesverlaufs stark variieren. Denn wenn der Versorgungsdruck zu bestimmten Tageszeiten deutlich höher ist als der vom Wasserversorger garantierte Mindestzulaufdruck (SPLN), verschieben sich bei nicht drehzahlgeregelten Anlagen die Ein- und Ausschaltpunkte in Abhängigkeit von den Pumpenkennlinien hin zu größeren Volumenströmen. Dadurch werden Anlagenbereiche bzw. Pumpen weggeschaltet, obwohl noch große Wassermengen vom System abgenommen werden. Als Folge nimmt der Druck plötzlich stark ab und es kommt zu einer sofortigen Wiedereinschaltung der DEA. Hierdurch können massive Druckschläge in der Hausinstallation und häufige Druckschwankungen an den Entnahmestellen ausgelöst werden. Auch der gebäudeinterne Wasserverbrauch kann je nach Nutzungsprofil sehr unterschiedlich ausfallen und ebenfalls zu Druckschwankungen im Verteilernetz führen.

VOLLAUTOMATISCHE REGELUNG VON DEA
Für die Überwachung und Steuerung von DEA steht ein breites Spektrum intelligenter Lösungen zur Verfügung. Für Anwendungen mit bis zu vier parallel geschalteten, elektronisch geregelten Pumpen hat Wilo z.B. die zentrale Regeleinheit VR ("Vario Regler") im Programm.
Der "CE+"-Controller erlaubt beispielsweise bereits bei Einzelpumpenanlagen der "Wilo-Economy"-Baureihe mit "Helix"-Pumpen in Kombination mit einem neuen Drucksensor eine sehr exakte Steuerung, da dieser höchste Genauigkeit bei der Erfassung des aktuellen Drucks im Wasserversorgungssystem bietet.
Eines der fortschrittlichsten Systeme stellt das Schaltgerät "CC-Booster" ("Comfort Controller") dar. Herzstück des "CC-Booster" ist eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) mit einer von Wilo entwickelten Logik, die die vollautomatische Steuerung und Regelung von Druckerhöhungsanlagen mit standardmäßig bis zu sechs Einzelpumpen übernimmt. Dabei wird der Druck des Wasserversorgungssystems lastabhängig mithilfe von Signalgebern geregelt. Der "CC-Booster" wirkt auf einen Frequenzumrichter, der wiederum die Drehzahl der Grundlastpumpe beeinflusst. Mit der Drehzahl ändert sich die Fördermenge und damit die Leistungsabgabe der Druckerhöhungsanlage. Je nach Anlage und Lastanforderung werden zusätzliche Spitzenlastpumpen automatisch zu- bzw. abgeschaltet, wobei die Feinregelung auf den eingestellten Sollwert stets durch die elektronische Drehzahlregelung der Grundlastpumpe erfolgt. Alternativ ist der "CC-Booster" auch ohne Frequenzumrichter lieferbar, hier werden die zur Anlage gehörenden Pumpen lastabhängig in Kaskade ein- bzw. ausgeschaltet.

Das mit einer von Wilo programmierten speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) ausgestattete Steuergerät "CC-Booster" ("Comfort Controller") übernimmt die vollautomatische Steuerung und Regelung von Druckerhöhungsanlagen mit bis zu sechs Einzelpumpen.

Durch einen multifunktionalen Touchscreen in der Schaltschranktür ist der "CC-Booster" bedienungsfreundlich. Hier werden unter anderem Pumpen- und Systemstatus sowie der aktuelle Systemdruck permanent angezeigt. Eine übersichtliche Menüführung erleichtert die Bedienung und die Einstellung der Sollwerte. Die Hintergrundbeleuchtung zeigt den Betriebszustand weithin sichtbar an, hier sind die Varianten grün (normaler Betrieb), rot (Störung) oder orange (Fehlermeldung quittiert) vorgegeben. Fehler- oder Alarmmeldungen werden optional auch via SMS oder über andere Datenfernübertragungswege wie das Internet ausgegeben. Im Gegenzug ist eine Fernquittierung auf dem selben Wege möglich, auch Programmupdates können per Mobiltelefon, Internet oder Intranet eingespeist werden.
Der "CC-Booster" ist durch weitere optional erhältliche Module für die Ferndiagnose und -wartung sowie durch Analogmodem, ISDN-Terminal, GSM-Modem oder Webserver erweiterbar. Über Bussysteme wie Profibus, Modbus, LON oder CAN-Bus sowie über weitere Datenprotokolle wie Ethernet HTML oder TCP/IP können die Druckerhöhungsanlagen auf diese Weise komfortabel in Gebäudemanagementsysteme integriert werden. Denn die Technologie des "intelligenten Gebäudes" übernimmt in immer mehr Immobilien die Steuerung und Überwachung verschiedenster Funktionsbereiche - neben der Haustechnik unter anderem auch Zugangskontrolle und Brandschutz. Hierdurch sind neben einer Erhöhung des Nutzerkomforts auch weitere Betriebskostensenkungen möglich.

Text und Bilder: Wilo SE, Dortmund

www.wilo.de

 


TRINKWASSERZIRKULATION - THEMA IM IKZ-HAUSTECHNIK-TEIL
Mit Trinkwarmwasser-Zirkulationsanlagen kann der Komfort in Bad und Küche erheblich gesteigert werden, da an jeder Zapfstelle innerhalb kurzer Zeit warmes Wasser entnommen werden kann. Zudem ist ab einer bestimmten Anlagengröße die Zirkulation zwingend erforderlich, um die Stagnation des Warmwassers zu vermeiden. Was bei der Planung und Installation von Trinkwarmwasserzirkulationsanlagen und bei der Auswahl der Zirkulationspumpe zu beachten ist, zeigt der Beitrag im IKZ-HAUSTECHNIK-Teil dieser Ausgabe.

 


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