Optimierte Regelungsstrategien für BHKW-Anlagen

Planungssoftware hilft beim Energiesparen

Prof. Dr. Siegfrid Baumgarth, Uwe Redmer

Anlagen zur Heizung, Lüftung und Klimatisierung von Räumen (HLK) können in größeren Immobilien oder Liegenschaften relativ komplex werden. Beispielsweise kommen zur Heizung verschiedene Wärmeerzeuger, wie Fernwärme-Übergabestationen, Blockheizkraftwerke, Kessel mit oder ohne Rückführung und Solaranlagen, zum Einsatz und müssen aufeinander und auf die Abnehmer der Wärmeenergie abgestimmt werden. Oftmals ist dabei die Zusammenarbeit zwischen Hydrauliker, der die Hardware der Anlage auslegt, und Regelungstechniker, der für die Regeltechnik verantwortlich ist, nicht ideal. Optimierte Regelungsstrategien, die bereits im Vornhinein in der Planungssoftware implementiert sind, können hier helfen, Energie- und damit Kosteneinsparungen zu realisieren.

Um das Gesamtsystem einer Heizungsanlage zu optimieren, müssen sowohl die Regelungen der Wärmeerzeuger als auch die Anpassung an den tatsächlichen Verbrauch aufeinander abgestimmt sein. Solche Regelschemata sind für verschiedene Szenarien beispielhaft entwickelt bzw. umgesetzt worden. Dabei werden in allen Regelungen lediglich Temperaturmessungen zur Regelung eingesetzt. Auf teure Volumenstrom- bzw. Wärmemengenmessungen kann verzichtet werden, was zu Kosteneinsparungen beim Bau der Anlage beiträgt (Abb.2). Zusätzlich sind die Regelungsstrategien auf eine möglichst hohe Energieeffizienz ausgelegt, was zu niedrigeren Betriebskosten führt. Vorausgesetzt ist der Einsatz drehzahlgeregelter Pumpen sowie stetig ansteuerbare Energieerzeuger.

Unterschiedliche Wärmeerzeuger

Als Wärmeerzeuger sind insgesamt fünf verschiedene Anlagen möglich (beispielhaft vorgestellt): mehrere Kessel mit und ohne Kesselrückführung, ein Blockheizkraftwerk (BHKW) mit Speicher und Überlastkessel, ein BHKW mit Solaranlage und Speicher und Überlastkessel sowie eine Fernwärme-Übergabestation. Für alle Varianten sind optimalen Regelungsstrategien vorhanden. Bei der Zweikesselanlage mit modulierenden Brennern wird der Grundlastkessel zunächst je nach Bedarf bis auf 100 % Last betrieben. Wenn der erste Kessel bei 100 % Last angelangt ist, wird der zweite Kessel zugeschaltet, sodass beide Kessel im Parallelbetrieb mit jeweils 50 % Last arbeiten. Steigt der Bedarf weiter an, erhöht die Regelung die Erzeugung in beiden Kesseln parallel. In der Regelung für ein BHKW ist als Speicher ein so genannter Schichtenspeicher vorgesehen.1) Die Regelung arbeitet dabei so, […]