Einfluss Lastprofil
Das Lastprofil einer Kesselanlage hat einen erheblichen Einfluss auf die Auswahl der Kesselsysteme. Am besten kann die Auswahl der Kesselleistungen anhand einer geordneten Jahresdauerlinie erfolgen. In der Jahresdauerlinie wird die aus einem Lastgang ermittelte stündliche Leistung für einen bestimmten Zeitraum (meist ein Jahr) nach dem Wärmebedarf sortiert.
Lastverlauf einer Heizanwendung für ein Jahr
In der geordneten Jahresdauerlinie werden die benötigten Leistungen der Wärmeverbraucher nicht chronologisch, sondern nach ihrer Größe sortiert.
Der höchste Wert steht ganz links und entspricht dem Maximalwert, der niedrigste Wert steht ganz rechts und entspricht dem Minimalwert.
Auf der horizontalen Achse ist die Anzahl der Stunden in einem Jahr dargestellt, während die vertikale Achse den jeweiligen Wert der benötigten Leistung zeigt.
Damit lässt sich dann ermitteln, für wie viele Stunden im Jahr eine bestimmte Leistung benötigt wird. Es können die meist nur wenige Stunden im Jahr geforderte Spitzenleistung und auch die nahezu immer vorhandene Mindestlast abgelesen werden. Die Fläche unter der Kurve entspricht dem im Jahr zu erbringenden Heizenergiebedarf.
In der Grafik „Geordnete Jahresdauerlinie“ ist der typische Verlauf einer Heißwasseranlage für eine Heizanwendung zu erkennen. Der Spitzenbedarf von mehr als 60 % der maximalen Leistung wird nur etwa 900 Betriebsstunden [1] benötigt. Für einen Großteil des Jahres (Frühjahr, Herbst und die warmen Tage des Winters) liegt der Leistungsbedarf bei 60–30 % der maximalen Last [2]. Für den Rest des Jahres wird nur der Warmwasserbedarf gedeckt [3].
Geordnete Jahresdauerlinie einer Heizanwendung
In der Grafik "Jahresdauerlinie Industrie" ist der typische Verlauf einer größeren Brauerei zu erkennen. Eine hohe Leistung von mehr als 70 % für 4000 Betriebsstunden wird normalerweise für den Arbeitsprozess an allen Arbeitstagen des Jahres benötigt [1]. Von 4 000 – 6 000 Betriebsstunden ist ein steiler Abfall des Wärmebedarfs zu erkennen [2]. An Wochenenden und zu Urlaubszeiten wird nur eine geringe Last benötigt [3].
Jahresdauerlinie Industrie, beispielhaft Brauerei
Planung von Heizkesselanlagen anhand einer Jahresdauerlinie der Heizlast
Durch die Planung anhand der Jahresdauerlinie wird sichergestellt, dass Kesselanlagen optimal ausgelegt sind, um sowohl wirtschaftlich als auch technisch den Anforderungen der Wärmeverbraucher zu entsprechen.
Erfassung der Heizlastdaten
Zunächst werden die Heizlasten über das Jahr hinweg erfasst. Die Heizlast variiert je nach Wärmebedarf der Anlage. Diese Daten werden stündlich gesammelt und gespeichert.
Erstellung der Jahresdauerlinie
Die erfassten Daten werden dann nach ihrer Größe sortiert, beginnend mit der höchsten Heizlast. Dies ergibt eine absteigende Kurve, die zeigt, wie oft im Jahr eine bestimmte Heizleistung benötigt wird. Der höchste Punkt der Kurve stellt die Spitzenlast dar, die nur für wenige Stunden im Jahr erforderlich ist.
Analyse der Kesselleistung
Die Jahresdauerlinie hilft, den optimalen Heiz- oder Heißwasserkessel oder eine Kombination aus mehreren Kesseln zu bestimmen. Anhand der Kurve kann entschieden werden, wie groß der Kessel dimensioniert werden sollte. Beispielsweise kann ein Kessel für die mittlere Last (der größte Teil des Jahres) ausgelegt werden, während für die Spitzenlast ein zusätzlicher, kleinerer Kessel oder ein Reservekessel vorgesehen wird.
Dimensionierung und Redundanzplanung
Es ist ineffizient, einen Heiz- oder Heißwasserkessel nur für die maximale Last auszulegen, da diese Spitzenlast selten erreicht wird. Daher wird einer der Kessel so dimensioniert, dass er den Großteil der Jahreslast abdeckt. Für die selten auftretenden Spitzenlasten wird dann oft ein zweiter, kleinerer Kessel oder eine alternative Heizmethode eingeplant. So lässt sich die Anlage effizient und wirtschaftlich betreiben. Der Einsatz mehrerer Kessel sorgt auch für Redundanz und dadurch eine höhere Versorgungssicherheit.
Optimierung der Betriebszeiten
Die Jahresdauerlinie zeigt auch, wie häufig der Kessel unter Teillast laufen würde. Das erlaubt eine Optimierung der Betriebszeiten und kann helfen, die Effizienz des Systems zu maximieren.