Wärmebedarf
Der energetisch und wirtschaftlich optimale Betrieb von Heißwasseranlagen setzt eine präzise Ermittlung des Wärmebedarfs voraus. Die exakte Bestimmung der benötigten Wärmeleistung ist damit zentraler Bestandteil der Anlagenauslegung und entscheidend für eine effiziente Energienutzung.
Der Wärmebedarf hängt von zahlreichen Parametern ab, die Einfluss in die Planung haben, z.B.:
- Maximale Heizleistung einzelner Verbraucher
- Gleichzeitige Heizleistung mehrerer Verbraucher
- Temperaturniveaus der Verbraucher
- Aufheizzeiten und Spitzenverbrauch
- Tageslastgang, Wochenlastgang
- Jahreslastgang, besonders bei Heizungssystemen und Fernwärmeanlagen
- Wärmeverluste in Rohrleitungen
Die Grundlage jedes Projektes sollte dabei eine möglichst detaillierte Bedarfsanalyse sein, die die spezifischen Besonderheiten des jeweiligen Projektes berücksichtigt.
Bedarfsanalyse für den Wohnungsbau und öffentliche Gebäude
Beim Einsatz von Heißwasser- oder Heizkesseln für den Wohnungsbau, z.B. ein oder mehrere Wohngebäude oder für eine Wohnsiedlung, kann der Wärmebedarf aus der bebauten Fläche der Gebäude und den schon seit Jahren gültigen Wärmeschutzbestimmungen berechnet werden. Entsprechende Werte können aus dem Energieausweis entnommen werden.
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Einfamilienhäuser
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Reihenhäuser/ |
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Schlechte Wärmedämmung |
155 |
125 |
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Mittlere Wärmedämmung |
120 |
100 |
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Gute Wärmedämmung |
100 |
80 |
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Sehr gute Wärmedämmung |
80 |
65 |
Neben dem geplanten Bauvolumen gibt der Bebauungsplan Aufschluss auf die Anzahl der Stockwerke, Art des Gebäudes und die Nutzung z.B. als Geschäftshaus, Kindergarten oder für Ladenflächen. Für die Warmwasseraufbereitung sollten 10 % Zuschlag auf den ermittelten Wärmebedarf in der Vollversorgung berücksichtigt werden.
Werden Lüftungs- und Klimaanlagen installiert, muss der Wärmebedarf hierfür über die Fläche und den erforderlichen Luftwechsel ermittelt werden.
Bedarfsanalyse für Krankenhäuser und Kliniken
Bei Heizzentralen für Krankenhäuser und Kliniken gestaltet sich die Ermittlung der gesamten benötigten Wärmeleistung deutlich komplexer. Für eine grobe Schätzung kann man von Erfahrungswerten ausgehen, die bei etwa 20 bis 30 kW pro Bett liegen. Damit werden sowohl der Wärmebedarf für die Gebäudeheizung, Lüftung und Klimatisierung als auch für die Aufheizung des Brauchwassers erfasst. Außerdem ist der Dampfverbrauch für Wäscherei und thermische Desinfektion berücksichtigt. Der Anteil des Dampfverbrauches liegt bei etwa einem Drittel des so abgeschätzten Gesamtwärmebedarfs.
Diese Schätzung kann für Krankenhäuser und Kliniken mit etwa 500 bis 2 000 Betten verwendet werden.
Bedarfsanalyse für die Industrie- oder Fernwärmeanlagen
Bei Industrie- oder Fernwärmeanlagen liegen normalerweise Energieverbrauchswerte von bereits bestehenden Produktionsbetrieben oder Betrieben mit ähnlichen Produktionsbedingungen vor.
In der Regel sind die Werte als Energieverbrauch pro Zeiteinheit, z. B. für Wärme in kW/h oder kW/h pro Tag, Dampf in t/h oder t/Tag und für elektrischen Strom in kW/h oder kW/h pro Tag, bekannt.
Da normalerweise auch die Produktionsleistung in Stückzahlen pro Stunde bzw. Arbeitstag oder in anderen Mengen bekannt ist, kann daraus der spezifische Energieverbrauch für die Produktion ermittelt und auf neu geplante Produktionsmengen umgerechnet werden. Werden in bereits betriebenen Heizwerken, Referenzheizwerken oder generell bei Prozesswärmeerzeugern Verbrauchsmessgeräte eingesetzt, sind damit auch der Tagesverlauf und die auftretenden Lastspitzen bekannt.
Falls keine Verbrauchskurven oder Verbrauchswerte vorhanden sind, kann der Energieverbrauch auch aus den Einkaufswerten ermittelt werden, die von der kaufmännischen Abteilung vorliegen, wie zum Beispiel Rechnungen für Brennstofflieferungen oder Stromabrechnungen. Diese Werte können dann auf die geplanten Produktionsmengen umgerechnet werden.
Der Energieverbrauch für die Gebäudeheizung, -lüftung und Warmwasseraufbereitung kann, über den geplanten umbauten Raum, die Art der Nutzung und die geplante Anzahl der Beschäftigten ermittelt werden.
Die meisten Fernwärmenetze werden auf eine maximale Vorlauftemperatur von 130 °C ausgelegt. Dies ist bedingt durch die höchste Temperatur, die der Polyurethan-Wärmeschutz, die heute am häufigsten verwendeten Kunststoffmantelrohre, im Dauerbetrieb aushalten kann (im Kurzeitbetrieb max. 145 °C). Die 130 °C Temperatur wird allerdings nur bei hohem Wärmebedarf im Winter benötigt. In der Regel wird die Vorlauftemperatur in Abhängigkeit von der Außentemperatur gleitend, zwischen 70 °C und 130 °C, gefahren. Die niedrigste Vorlauftemperatur von 70 °C ist notwendig, um eine Erwärmung von Brauchwarmwasser in den Hausstationen auf 60 °C zu gewährleisten. Die Rücklauftemperatur wird bei der Auslegung auf 70 °C, bei modernen Netzen auf < 50 °C festgelegt.
Niedrige Wassertemperaturen sowohl im Vor- als auch im Rücklauf sind energetisch vorteilhaft, da dadurch eine höhere Effizienz erzielt wird. Damit sind auch die Wärmeentstehungskosten günstiger. Außerdem sinken durch eine niedrigere Wassertemperatur auch die Wärmeverluste im Netz. Bei modernen Netzen wird aus diesem Grund, neben der gleitenden Temperaturfahrweise im Vorlauf, auch eine konstante Rücklauftemperatur von ≤ 50 °C angestrebt.
Sicherheiten bei der Auslegung
Selbstverständlich ist es sinnvoll, bei der maximalen Wärmeleistung auch eine entsprechende Sicherheit zu berücksichtigen.
Um eine Fehldimensionierung zu vermeiden, sollten folgende Aspekte bei der Festlegung der Sicherheiten berücksichtigt werden.
- Abstimmung mit dem Betreiber der Anlage
- Zukünftige Entwicklungen des Betriebs einbeziehen
- Explizites Aufzeigen der Sicherheiten bei der Konzeption der Anlage
- Multiplikation von Sicherheiten an unterschiedlichen Stellen sind zu vermeiden
- An den Wärmetauschern und Verbrauchern sind in der Regel bereits Sicherheiten eingeplant
Probleme durch Überdimensionierung
- Höhere Investitionskosten
- Erhöhter Energieverbrauch durch Teillastbetrieb
- Taktbetrieb der Brenner und gesteigerter Verschleiß
- Geringere Lebensdauer von Kesseln und Komponenten
Probleme der Unterdimensionierung
- Nichterfüllung der Leistungsdaten
- Mangelnde Wärmeversorgung
- Keine Ausfallsicherheit