Fernwärme besser nutzen mit der eXergiemaschine
Fernwärme wird bei Wohn- und Gewerbeobjekten, Krankenhäusern und vielen weiteren Objekten gern genutzt, doch in der Praxis treten immer wieder Effizienzprobleme auf: Zu hohe Rücklauftemperaturen bei geringer Wärmeabnahme senken den Wirkungsgrad der Fernwärmeversorgung.
Vor allem im Sommer während langer Warmwasser-Zirkulationsphasen, also Zeiten ohne eine Warmwasserzapfung, kann der Rücklauf leicht über den vom Fernwärmebetreiber gewünschten Wert steigen. Anzustreben ist aber eine niedrige Rücklauftemperatur, sodass sich eine große Temperaturspreizung zwischen Vor- und Rücklauf an der Fernwärmeübergabestation ergibt – dann können Wärmeerzeuger effizient arbeiten und das Netz kann mehr Energie transportieren. Um diesen Idealzustand – die große Temperaturspreizung zwischen Vor- und Rücklauf – herzustellen, gibt es die eXergiemaschine (eXm).
Wie funktioniert die eXergiemaschine?
- Die eXm ist eine mit Strom betriebene Wasser‑Wasser‑Wärmepumpe, ausgelegt für Quellentemperaturen bis ca. 55 °C und für große Temperaturhübe. Die eXm wird an einen Pufferspeicher (Heizspeicher) angeschlossen.
- Die eXm greift über zwei Kreisläufe auf den Pufferspeicher zu:
- Ein Kreislauf entnimmt Wasser aus dem mittleren Segment des Speichers, heizt es über den Kondensator auf und speist es in den heißen Speicherbereich ein.
- Der andere Kreislauf entnimmt ebenfalls Wasser aus dem mittleren Speicherbereich, kühlt es am Verdampfer der eXm herunter und führt es in den unteren, kalten Bereich des Speichers. So entsteht ein kühlerer Rücklauf zur Fernwärmeanschlussstation.
- Eine ausreichend dimensionierte eXm kann stets eine ideale Temperaturschichtung im Speicher herstellen – unabhängig vom Verbrauchsverhalten und den entsprechenden Betriebszuständen.
Vorteile der eXergiemaschine bei Fernwärme
| Vorteil | Beschreibung |
|---|---|
| Mehr Kundenanschlüsse möglich | Essenziell für Fernwärmeanbieter: Niedrige Rücklauftemperaturen sind günstig für das Netz, sie erhöhen die Effizienz und erlauben eventuell mehr Kundenanschlüsse, ohne für die Neuanschlüsse neue Erzeugungs- und Netzkapazitäten schaffen zu müssen. |
| Bessere Temperaturschichtung im Speicher | Weniger Durchmischung (z. B. bei geringer Last und langem Trinkwarmwasser-Zirkulationsbetrieb), stabilere Vor- und Rücklauftemperaturen. So werden die Verbraucher beim Fernwärmekunden bestmöglich versorgt, es entsteht eine hohe Kundenzufriedenheit. |
| Hoher Wirkungsgrad der eXm (hoher COP) | Beim Einsatz in einem fernwärmeversorgten Objekt stellt die eXm für jede Kilowattstunde Strom etwa 5 kWh Wärme bereit. Dank der besseren Temperaturschichtung im Pufferspeicher muss der beim Zirkulationsbetrieb weniger oft mit Fernwärme nachgeladen werden. |
Beispiel: Wohnanlage Schlossstrasse / Boll (Vechingen, Schweiz)
Dieses Referenzprojekt in der Schweiz veranschaulicht die Vorteile:
- Ausgangssituation: Ein Fernwärmenetz war bereits stark ausgelastet. Dennoch sollte eine Wohnanlage mit 72 Wohnungen und Gewerbe versorgt werden. Bedingungen: Als Vorlauf-/Rücklauftemperatur waren ca. 75/85 °C bzw. 35/40 °C vorzusehen.
- Maßnahmen: Die Warmwasserversorgung wurde umgestellt. Es wurden hydraulische Durchlauferhitzer installiert und die alten Trinkwarmwasser-Speicher zu Pufferspeichern (Heizspeichern) umfunktioniert. Die eXm managt die Temperaturschichtung in den zwei Pufferspeichern. Sie sorgt für einen heißen Vorlauf zu Verbrauchern (den hydraulischen Durchlauferhitzern und den Hochtemperatur-Heizkreisen) und für einen kühlen Rücklauf zur Fernwärme-Übergabestation.
- Ergebnis: Der Anschluss der zusätzlichen Wohnungen war ohne relevante Rückwirkungen für die zuvor bestehenden Fernwärmekunden möglich.
Technische Voraussetzungen
Damit die eXm ihr Potenzial entfalten kann, sind wichtig:
- Es muss ein geeignet großer Pufferspeicher (oder ein Speichersystem) vorhanden sein oder installiert werden, in dem die Temperaturschichtung hergestellt werden kann.
- Die eXm‑Leistung sollte zur vorhandenen Wärmebedarfs- und Verteilstruktur passen.
Bei der Dimensionierung ist das eXergiemaschinen-Team gerne behilflich.
Fazit
Die eXergiemaschine ist ein wirkungsvolles Werkzeug, um Fernwärmenetze effizienter zu machen, auch wenn das Netz an Leistungsgrenzen stößt. Die eXm hilft bei der Kostensenkung, da sie Rücklauftemperaturen niedrig halten kann und somit Wärmequellen und Netzkapazitäten besser ausgeschöpft werden. Des Weiteren sinken die Netzverluste durch die niedrigeren Rücklauftemperaturen.
FAQs zur eXergiemaschine mit Fernwärme
Die eXm arbeitet mit zwei Kreisläufen, die an einen Heizspeicher angeschlossen sind: Ein Kreislauf zieht Wasser aus dem mittleren Speicherbereich, erhitzt es und speist es in den oberen Bereich als heißes Vorlaufwasser ein. Gleichzeitig führt ein anderer Kreislauf Wasser über den Verdampfer, kühlt es ab und führt es in den unteren, kalten Speicherbereich, wo der Rücklauf zum Fernwärmenetz angeschlossen wird. So bleibt der Rücklauf selbst bei ungünstigen Verbrauchsbedingungen kühl. Da die beiden Kreisläufe über separat steuerbare Pumpen verfügen, lässt sich die Funktion „Rücklauf kühlen“ für die Fernwärmeanwendung priorisieren. Wann die eXm läuft und wie die Pumpen gesteuert werden, bestimmt die Regelung abhängig von den tatsächlichen Temperaturen im Pufferspeicher.
Die eXm gibt es in vielen verschiedenen Leistungsklassen: Kleine Modelle für die Wandaufhängung sind mit 3 und 5 kW thermischer Leistung erhältlich, Standmodelle der eXm sind mit Nennwärmeleistungen von 5, 10, 20, 40 und 100 kW erhältlich.
Ja, sowohl Neuanschlüsse als auch Bestandsanlagen von der Integration der eXm profitieren. Voraussetzung ist das Vorhandensein eines Pufferspeichers (Heizspeichers), genügend Platz für die eXm und ihre Anschlüsse sowie eine geeignete Stromversorgung.
