Umstellung einer bestehenden Fernwärme in ein LowEx- System

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1 F&E-Projekt Fernwärmemodellstadt Ulm Exergetische Optimierung der Fernwärmeversorgung Ulm Fernwärmemodellstadt Ulm Umstellung einer bestehenden Fernwärme in ein LowEx- System Dr. Stephan Richter Karl Zepf GEF Ingenieur AG Fernwärme Ulm GmbH

2 Inhalt 1. Projektvorstellung, Projektziele 2. Anforderungen Wohnungsbauwirtschaft 3. Anforderungen an TWW (thermische Desinfektion) 4. Technische Lösung 3-fach-Anschluss 5. Neubau eines Gebäudes, Beispiel Sedanstraße 6. Grenzen der flächigen Versorgung Rücklaufversorgung, Beispiel Netz Wiblingen 7. Rücklaufanschluss eines Neubaugebietes, Beispiel Lettenwald 8. Zusammenfassung und Ausblick 2

3 Fernwärme ist wichtigster Bestandteil der Wärmeversorgung in Ulm Die kleine Großstadt Ulm hat ca Einwohner. Der Wärmemarkt der Stadt stellt mit ca. 45% Fernwärmeanteil eine Besonderheit dar. Die Fernwärme-Versorgung der FUG ist geprägt von: Strukturwandel von der Industrie- zur Dienstleistungsstadt. Dieser Prozess ist weit Fortgeschritten. Die Absatzverluste aus diesem Strukturwandel konnten durch neue Kunden, hauptsächlich aus dem Dienstleistungsbereich kompensiert werden. Der Sommerwärmebedarf ist auf Grund des Strukturwandels rückläufig (Produktionswärme fehlt). Starker Rückgang von Wohnungsneubauten von ca WE/a in den 1990er Jahren auf 200 WE/a in Zusätzliches Potential für die Fernwärme überwiegend im Sanierungsbereich, nicht mehr im Neubaubereich 3

4 Netzplan der FUG Warmwasser und Kältenetz Science Park II Warmwassernetz Böfingen / Eichberg Warmwassernetz Eselsberg Warmwassernetz Weststadt Heißwasser Transportleitung zur Uni Dampfnetz Warmwassernetz Neu Ulm, SWU Heißwassernetz Donautal Warmwassernetz Wiblingen 4

5 Projektbeschreibung Teilprojekt 1 Reduzierung der Vorlauftemperatur der Universitätsleitung von 180 C (konst.) auf 120 C bei gleitender Fahrweise Teilprojekt 2 Absenkung der Netztemperaturen, insbesondere der Rücklauftemperatur bei der Versorgung von Neubauten und sanierten Altbauten Beide Teilprojekte werden in enger Zusammenarbeit mit den Kunden, im Teilprojekt 1 der Universität und dem Staatl. Vermögensund Hochbauamt, im Teilprojekt 2 mit den Wohnungsbaugesellschaften ulmer heimstätte und UWS durchgeführt uh und die UWS haben zusammen einen Bestand von WE 5

6 Projektbeschreibung Teilprojekt 1 Reduzierung der Vorlauftemperatur der Universitätsleitung von 180 C (konst.) auf 120 C bei gleitender Fahrweise Teilprojekt 2 Absenkung der Netztemperaturen, insbesondere der Rücklauftemperatur bei der Versorgung von Neubauten und sanierten Altbauten Beide Teilprojekte werden in enger Zusammenarbeit mit den Kunden, im Teilprojekt 1 der Universität und dem Staatl. Vermögensund Hochbauamt, im Teilprojekt 2 mit den Wohnungsbaugesellschaften ulmer heimstätte und UWS durchgeführt uh und die UWS haben zusammen einen Bestand von WE 6

7 Teilprojekt Rücklauftemperaturabsenkung Ziel! Stand der Technik! 7

8 Inhalt 1. Projektvorstellung, Projektziele 2. Anforderungen Wohnungsbauwirtschaft 3. Anforderungen an TWW (thermische Desinfektion) 4. Technische Lösung 3-fach-Anschluss 5. Neubau eines Gebäudes, Beispiel Sedanstraße 6. Grenzen der flächigen Versorgung Rücklaufversorgung, Beispiel Netz Wiblingen 7. Rücklaufanschluss eines Neubaugebietes, Beispiel Lettenwald 8. Zusammenfassung und Ausblick 8

9 Wohnungsbauwirtschaft braucht einfache und sichere Systeme Prämissen der Wohnungswirtschaft Systemlösungen müssen einfach und hausmeistergerecht sein. Heizungssysteme müssen hohen Belastungen durch Mieter und Mieterwechsel dauerhaft standhalten. Geringer Wartungsaufwand, deshalb möglichst eine zentrale Station und keine Wohnungsstationen. Höchstmaß an Versorgungssicherheit muss gewährleistet sein Lösungsmöglichkeiten des Investor-Nutzer-Dilemmas: Höhere Investitionen für aufwändigere Technik Beteiligung des Investors an den Einsparungen 9

10 Flächenheizsysteme Problemstellung der Wohnungswirtschaft: Flächenheizung an Wänden und Decken ist nicht kompatibel mit den Anforderungen der Wohnungswirtschaft. Problematisch sind die einhergehenden Restriktionen im Zusammenhang mit hohen Fluktuationen der Mieter und Teilen der Mieterklientel. 10

11 Inhalt 1. Projektvorstellung, Projektziele 2. Anforderungen Wohnungsbauwirtschaft 3. Anforderungen an TWW (thermische Desinfektion) 4. Technische Lösung 3-fach-Anschluss 5. Neubau eines Gebäudes, Beispiel Sedanstraße 6. Grenzen der flächigen Versorgung Rücklaufversorgung, Beispiel Netz Wiblingen 7. Rücklaufanschluss eines Neubaugebietes, Beispiel Lettenwald 8. Zusammenfassung und Ausblick 11

12 Anforderungen TWW Rechtliche Grundlage ist die Trinkwasserrichtlinie (TWRL), die u.a. eine max. Legionellenkonzentration vorgibt. Umsetzungsrelevant ist das DVGW Arbeitsblatt W 551, die eine Wirkbeziehung zwischen thermischer Desinfektion und resultierender Legionellenkonzentration zulässt: Kleinanlagen: Ein- und Zweifamilienhäuser und Anlagen < 400 Liter und Rohleitungen < 3 Liter zwischen TWW und Entnahmestelle Großanalagen: Am Austritt des TWW-System mindestens 60 C, Eintritt in die Zirkulation bei min 55 C Problem: Vorlauftemperatur Fernwärme und Nutzung der Fernwärme Rücklauftemperatur Lösungen, die z.b. auf chemischer Zugabe o.ä. basieren, erfordern mithin Messungen der Legionellenkonzentration, den Betrieb zusätzlicher Anlagen und stellen eine Behandlung des TWW dar. Alle drei Konsequenzen sind seitens der Wohnungswirtschaft nicht akzeptabel. 12

13 Inhalt 1. Projektvorstellung, Projektziele 2. Anforderungen Wohnungsbauwirtschaft 3. Anforderungen an TWW (thermische Desinfektion) 4. Technische Lösung 3-fach-Anschluss 5. Neubau eines Gebäudes, Beispiel Sedanstraße 6. Grenzen der flächigen Versorgung Rücklaufversorgung, Beispiel Netz Wiblingen 7. Rücklaufanschluss eines Neubaugebietes, Beispiel Lettenwald 8. Zusammenfassung und Ausblick 13

14 Klassischer FW-Anschluss 14

15 3-fach-Anschluss 15

16 Inhalt 1. Projektvorstellung, Projektziele 2. Anforderungen Wohnungsbauwirtschaft 3. Anforderungen an TWW (thermische Desinfektion) 4. Technische Lösung 3-fach-Anschluss 5. Neubau eines Gebäudes, Beispiel Sedanstraße 6. Grenzen der flächigen Versorgung Rücklaufversorgung, Beispiel Netz Wiblingen 7. Rücklaufanschluss eines Neubaugebietes, Beispiel Lettenwald 8. Zusammenfassung und Ausblick 16

17 Demoanlage Sedanstr. Bauherr UWS 70 WE 160 kw Vorhalteleistung TWW-Durchflusssystem 17

18 Messstellen 3-fach-Anschluss 18

19 Messaufbau Ultraheat Zähler M-BUS Kabel MBUS Master RS232 Kabel RS232 - TCP/IP RJ45 Kabel Switch 10 Port Server OPC-Server OPC-Client SQL- Datenbank 19

20 Inhalt 1. Projektvorstellung, Projektziele 2. Anforderungen Wohnungsbauwirtschaft 3. Anforderungen an TWW (thermische Desinfektion) 4. Technische Lösung 3-fach-Anschluss 5. Neubau eines Gebäudes, Beispiel Sedanstraße 6. Grenzen der flächigen Versorgung Rücklaufversorgung, Beispiel Netz Wiblingen 7. Rücklaufanschluss eines Neubaugebietes, Beispiel Lettenwald 8. Zusammenfassung und Ausblick 20

21 Netz Wiblingen ausgewählte Bereiche 21

22 3-fach Anschluss in hydraulischer Simulation VL 69,7 C 11,1 t/h 1,4 t/h RL 40,5 C 12,5 t/h 40 C 11,8 t/h 0,6 t/h 10,4 t/h 52 C 11,8 t/h 49,8 C 11,1t/h 166 kw 22

23 Wiblingen Gebiet 2 Verbraucher 8 Verbraucher 10 Verbraucher 7 Verbraucher 9 Verbraucher 6 Verbraucher 4 Verbraucher 5 Verbraucher 3 23

24 Hintereinanderschaltung von RL- Anschlüssen im Gebiet 2 VL Temperatur : 120 C RL Temperatur : 65 C 24

25 Übersicht RL-Versorgung Wiblingen VL Temperatur : 120 C RL Temperatur : 65 C 25

26 Grenzen der Rücklaufversorgung Eine Häufung von Rücklaufanschlüssen in einem Gebiet führt zu einer signifikanten Reduzierung der Rücklauftemperatur und begrenzt die weiteren Möglichkeiten von Rücklaufanschlüssen. Bei einer gebietsweisen Sanierung in Netzbereichen die an Endstrahlen des Netzes liegen ist zu prüfen, ob nicht eine Gebietsbeimischstation besser geeignet ist als eine Rücklaufversorgung mit 3-fach-Anschluss. Jeder 3-fach-Anschluss erfordert eine zusätzliche Hausanschlussleitung und nachgeschaltete Rücklaufanschlüsse müssen verstärkt Vorlaufwasser einspritzen. 26

27 Inhalt 1. Projektvorstellung, Projektziele 2. Anforderungen Wohnungsbauwirtschaft 3. Anforderungen an TWW (thermische Desinfektion) 4. Technische Lösung 3-fach-Anschluss 5. Neubau eines Gebäudes, Beispiel Sedanstraße 6. Grenzen der flächigen Versorgung Rücklaufversorgung, Beispiel Netz Wiblingen 7. Rücklaufanschluss eines Neubaugebietes, Beispiel Lettenwald 8. Zusammenfassung und Ausblick 27

28 RL-Versorgung Böfingen/Eichplatz Lettenwald 1,5 MW 1 2 Böfinger Weg 1,5 MW 28

29 Neues Wohnquartier Lettenwald Neues Wohnquartier Lettenwald Baubeginn 2011 ca WE - Die Wärmeversorgung der Hoch- und Mehrfamilienhäuser soll über ein LowEx-Fernwärmenetz erfolgen (die EFH, DH, RH werden nicht mit FUG-Fernwärme versorgt). - Hierfür wird der vorhandene Fernwärme-Rücklauf (~65 C) des Versorgungsgebiets Haslacher Weg genutzt. - Die Auslegungstemperaturen für die Gebäudeheizungen betragen 45/25 C. - Dabei muss die Beheizung der Gebäude über Flächenheizsysteme erfolgen, wie z. B.: Fußboden-, Wand- und Deckenheizungen. - Das Brauchwarmwasser (60 C) wird über Durchlaufsysteme erzeugt. Auf Grund der Legionellenproblematik kommen keine Speichersysteme in Frage. 29

30 Neues Wohnquartier Lettenwald Böfingen/Eichplatz 30

31 Inhalt 1. Projektvorstellung, Projektziele 2. Anforderungen Wohnungsbauwirtschaft 3. Anforderungen an TWW (thermische Desinfektion) 4. Technische Lösung 3-fach-Anschluss 5. Neubau eines Gebäudes, Beispiel Sedanstraße 6. Grenzen der flächigen Versorgung Rücklaufversorgung, Beispiel Netz Wiblingen 7. Rücklaufanschluss eines Neubaugebietes, Beispiel Lettenwald 8. Zusammenfassung und Ausblick 31

32 Effekte RL-Temperaturabsenkung Reduzierung des Pumpstromeinsatzes, höhere Temperaturspreizung, geringere Volumenströme Höhere Netzkapazität, bei Neuanschlüssen keine Leitungsverstärkung erforderlich Erhöhung der Nutzungsdauer der Kondensataufbereitung Langfristig: Steigerung der Stromerzeugung durch Reduzierung der Vorlauftemperatur 32

33 Erarbeitung eines angepassten Tarifmodells: Anforderungen an das Tarifmodell Arbeitspreis an die Nutzung (Temperaturniveau) koppeln Lösung: Temperaturabhängigkeit des Arbeitspreises Nur eine Messung für die Abrechnung Volumenstrombegrenzung im Vorlauf Einfaches Tarifmodell z.b. nur 2 Tarifzonen Investor/Betreiber Dilemma Lösungsmöglichkeit: Reduzierung der Anschlusskosten 33