Die Osnabrücker Planungs- und Vertriebsgesellschaft Bajorath hat ein patentiertes Verfahren zur Regelung einer Heizungsanlage mit einer Datenverarbeitungseinheit entwickelt.
Die Referenzen beeindrucken: Selbst bei Gebäuden mit moderner Heiztechnik und aktuellem Dämmstandard sind Brennstoffeinsparungen von ca. 20% und eine Verminderung des CO²-Ausstoßes um ca. 35% realisierbar, weil das "Takten" des Brenners eliminiert werden kann.
Das Verfahren hebt sich insofern von der vorlaufwitterungsgeführten Heizungstechnik ab, als dass die Konstruktion und der Aufbau einer Heizkesselzentrale oder Fernwärmeübergabestation eine andere ist und die Führungsgrößen der Regelung verändert worden sind. Des weiteren sind die Heizwassertemperaturen nicht das Resultat von Mischventilen, sondern das Ergebnis aus fest eingestellter Brennerleistung und aktiv geregeltem wärmespezifischen Volumenstrom. Als Basis für dieses Verfahren dienen die Erkenntnisse der DIN 4702 Teil 8.
Die vorlaufwitterungsgeführte Heizungstechnik kann den tatsächlichen Wärmebedarf (Heizlast) eines Gebäudes nicht messen und dementsprechend auch nicht genau produzieren. Deshalb wird immer mehr Wärme vorgehalten als tatsächlich benötigt wird. Man probiert zwar anhand von Vorlauftemperaturen die Heizwassertemperatur der Witterung anzupassen oder bei ansteigender Rücklauftemperatur die Vorlauftemperatur zu senken, dies sind jedoch nur Reaktionen auf den geringeren Heizwärmebedarf. In jedem Fall wird mehr Wärme produziert als benötigt. Alle Regelfunktionen sind auf die Reduzierung von Temperaturen ausgelegt und nicht auf den Volumenstrom. Die in der vorlaufwitterungsgeführten Heizungstechnik angewandte Brennermodulation zur Leistungsreduzierung ist nicht mehr erforderlich.
Das Bajorath-Verfahren
Die Bajorath-Verfahrenstechnik kann den tatsächlichen Wärmebedarf eines Gebäudes messen und genau produzieren. Es wird genau die Wärme produziert, die auch benötigt wird. Die benötigte Wärmemenge wird über den Rücklauf gemessen und exakt freigesetzt. Wird während einer Brennerlaufzeit zu viel Wärme produziert, weil der Wärmebedarf danach durch Fremdenergie sinkt, wird der Start des Brenners durch die Verlängerung der Betriebsstunde verzögert und die im Wasservolumen gespeicherte Wärmemenge zeitversetzt genutzt. Die Thermostatventile sind meistens inaktiv und verhindern nur auf der Südseite ein Überheizen. Temperaturen werden nicht durch Mischventile produziert, sondern zentral durch die Abstimmung zwischen Brennerleistung und Laufzeit und Volumenstrom.
Durch das patentierte Verfahren wird der Prüfzustand der DIN 4702 Teil 8 in einer Heizungsanlage erreicht. Durch den hydraulischen Abgleich steht immer ein fest definiertes Wasservolumen zur Verfügung, das einmal pro Betriebsstunde aufgeheizt wird. Wenn der Fühler am Rücklauf die Einschalttemperatur misst, startet der Brenner. Gleichzeitig wird eine im Rücklauf installierte Inline-Pumpe über einen Frequenzumrichter so angesteuert, dass der jetzt benötigte maximale Volumenstrom erreicht wird. Die Laufzeit des Brenners ist über eine Zeitachse definiert, die von der Außentemperatur und von den derzeitigen Benutzerbedingungen abhängt. Er schaltet aus, wenn am Rücklauf die Ausschalttemperatur anliegt. Ist diese erreicht, ist das gesamte Wasservolumen von einer Einschalttemperatur von zum Beispiel 32°C auf 38°C bei einer Außentemperatur von 0°C angehoben worden. In diesem Fall ist die Ausschalttemperatur 38°C. Mit dem Ausstellen des Brenners wird die Pumpenleistung auf ca. 15% reduziert, so dass das Heizungswasser im gesamten Rohrnetz inklusive Heizflächen fast steht. Kurz nach dem Ausschalten des Brenners ist die Vor- und Rücklauftemperatur gleich. Dies ist die Auskühlphase. Die darin jetzt gespeicherte Wärmemenge wird nun über die Heizflächen zeitversetzt abgegeben, bis die Einschalttemperatur wieder erreicht ist. Während der Brennerlaufzeit bleibt das Delta T konstant. Entsteht in der folgenden Stunde ein erhöhter Wärmebedarf, zum Beispiel durch Lüften von Räumen, verlängert sich die Brennerlaufzeit bis die Ausschalttemperatur am Rücklauf wieder erreicht ist. Wird weniger Wärme abgenommen, erreicht die Rücklauftemperatur schneller die Ausschalttemperatur und der Brenner schaltet früher ab. Gemessen wird immer der zentrale Rücklauf an dem Kessel.
Durch die Anwendung dieser Methode verändert sich auch die Konstruktion einer Heizungsanlage. Bei Anlagen mit Warmwasserversorgung werden Speicherladezeiten einprogrammiert, so dass die benötigte Versorgung mit warmen Brauchwasser gewährleistet wird. Die Legionellenbekämpfung ab einer Speichergröße von 400 Litern erfolgt gesondert. Die Wärmeversorgung von Lüftungsanlagen ist von mehreren Faktoren abhängig. Letztendlich wird das Ziel verfolgt, die auf dem Prüfstand ermittelten Kesselnutzungsgrade in einer Heizungsanlage zwischen der zugeführten Brennstoffmenge und der tatsächlich über die Heizflächen abgegebenen Wärmemenge umzusetzen. Denn der Anlagen-Nutzungsgrad entscheidet darüber, wie viel Energie zur Erwärmung der Räumlichkeiten benötigt wird.
Die Regelung
Die Regelung wurde unter Verwendung von handelsüblichen, frei programmierbaren SPS Steuerungen neu gestaltet. Sie wird dabei in zwei Ebenen aufgeteilt. Die erste Ebene steuert das Verfahren, da sich alle Führungsgrößen und Basisdaten im Vergleich zu vorlaufwitterungsgeführten Heizungsanlagen verändert haben. Die zweite Ebene ist für die gewohnte Steuerung von Nutzerzeiten und Heizsträngen zuständig. Der übliche Benutzerkomfort wie eine Ansteuerung durch eine Leitzentrale oder das Vergeben von Passwortebenen ist selbstverständlich. Allerdings besticht diese Steuerung im Vergleich zu den gewohnten DDC Regelungen durch die einfache Bedienbarkeit, auch durch ungeschultes Personal. Zu dem ist eine Planung der Auslegung und Gestaltung durch ein Ingenieurbüro oder den Fachhandwerker sehr zeitsparend und einfach. Dies dürfte den Einsatz gerade bei öffentlichen Gebäuden positiv unterstützen. Ähnliche Anlagenwirkungsgrade werden nur durch den Einsatz von Einzelraumregelungen erzielt.
Die Umsetzung des Verfahrens erfolgt durch handelsübliche Bauteile. Die Hardware stellt die Firma Mitsubishi Electric Europe B.V. Deutschland her. Die Software für dieses Verfahren wurde von Programmierern im Hause Bajorath entwickelt. Der Vertrieb erfolgt über konzessionierte Vertragspartner.
Die Amortisationszeiten der Umstellung von bestehenden Anlagen sind durch die hohen Einsparungen von Brennstoff und Strom sowie Reduzierung der Wartungs- und Inspektionskosten sehr gering.