Intelligente Pumpen bewahren kühlen Kopf

Wenn aus der neu erbauten Übungshalle die Rauchschwaden aufsteigen, herrscht Feueralarm – zu Ausbildungszwecken. Unter dem Dach des nahezu völlig aus Glas bestehenden Baukörpers stehen für Brandübungen fünf verschiedene Gebäudekulissen zur Verfügung. Damit lauten die Übungsfälle zum Beispiel wahlweise brennendes Einfamilienhaus, Feuer in der achten Etage eines Hochhauses oder die Rettung von Personen aus der oberen Etage eines Mehrfamilienhauses in Innenstadtlage.

Die Bauweise der Simulationshalle zeigt für die Planung der technischen Gebäudeausrüstung typische Merkmale einer Sondernutzung. So ist zum Beispiel die Hallen-Flächenheizung für eine maximale Innentemperatur von 15 °C mit einer Regeltoleranz von ± 2 K ausgelegt. Die Kühllast für die Simulationshalle wird durch die EDV-Anlage bestimmt, die zur Steuerung von Brandsimulationen wie Lichteffekten und künstlichem Brandrauch dient. So müssen die Serverräume während des Übungsbetriebs gekühlt werden. Ein großer Kühlbedarf ergibt sich darüber hinaus für die Seminar- und Besprechungsräume in der Fahrzeughalle, die bis zu 190 Personen fassen. Das mit einer Systemtemperatur von 6/12 °C betriebene Kältesystem versorgt außerdem die RLT-Anlage in der Großküche des bestehenden Wirtschaftsgebäudes.

Für die Wärme- und Kälteerzeugung zur Versorgung aller Gebäude und Liegenschaften wurde auf dem Gelände ein eigenes Technikgebäude errichtet. Die Wärmegrundlast wird von zwei BHKW mit einer Leistung von je 80 kW_el bereitgestellt; das örtliche Fernwärmenetz liefert für den Spitzenlastbedarf zusätzlich 1,5 MW Wärmeleistung. Der von den Blockheizkraftwerken produzierte Strom wird im Bedarfsfall für den Antrieb der Kältemaschinen genutzt. Die Kälteerzeugung übernimmt eine Absorptions-Kältemaschine, die mit der von der Kraft-Wärme-Kopplung gelieferten Wärme mit einer Kälteleistung von 100 kW den Kühlbedarf deckt. Die Kühlung der Halle erfolgt durch Nachtauskühlung mittels Querlüftung bei offenen RWA-Öffnungen (Rauch- und Wärmeabzug). Um sowohl für die wärmegeführten BHKWs als auch für die Kältemaschine möglichst lange Laufzeiten zu erzielen, werden sowohl die Heizwärme als auch die erzeugte Kälteenergie in zwei Groß-Pufferspeichern mit je 11 m³ Puffervolumen zwischengespeichert. Ein erdverlegtes Ringleitungssystem verteilt die Heiz- und Kühlenergie zu den einzelnen Gebäudetrakten.

Wechselnde Lastfälle erfordern hohe Regelgenauigkeit

Die Wärme- und Kälteverteilung für die Gebäude der Feuerwehrschule ist dafür ausgelegt, die stark schwankenden Heiz- und Kühllasten bedarfsgerecht und ohne unnötigen Energieverbrauch zu decken. Diese Aufgabe übernehmen KSB-Inlinepumpen der Baureihe Etaline, die mit zusätzlichen Pumpendrehzahlregelungen ausgerüstet sind. „Die Wahl fiel auf Inlinepumpen, weil diese für die benötigten Förderleistungen die wirtschaftlichste Lösung darstellten und platzsparend installiert werden konnten“, berichtet Georg Gura, Fachplaner beim Ingenieurbüro REA GmbH in Würzburg. Die Heizungsverteilung arbeitet mit drei Netzpumpen. Im Sommer ist eine Pumpe für die Schwachlast in Betrieb; im Winterbetrieb sichert die dritte Netzpumpe die Redundanz, während zwei Pumpen bei Bedarf im Volllastbetrieb das Heizwasser transportieren.

Reduzierung des Pumpenstromverbrauchs

Für eine zusätzliche Pumpenstromeinsparung sorgt der Antrieb der für größere Fördermengen konzipierten Etaline-Pumpen mit den von KSB entwickelten SuPremE-Pumpenmotoren. Die Motorentechnologie basiert auf dem Prinzip des Synchron-Reluktanzmotors. Während die Drehzahlregelung für die bedarfsgerechte Leistungsanpassung sorgt und dabei gleichzeitig die Effizienz verbessert, kann der Motor den Pumpenstrombedarf nochmals um über 25 % reduzieren. „Der Pumpenmotor eliminiert eine grundlegende Schwäche konventioneller Elektromotoren, die ihren besten Wirkungsgrad nur innerhalb eines schmalen Bereichs um den Betriebspunkt herum erzielen. Über diesen Bereich hinaus fällt der Wirkungsgrad stark ab. Der Synchron-Reluktanzmotor behält dagegen auch im niedrigen Teillastbetrieb seinen Wirkungsgrad bei“, erläutert Horst Schmidt, Planungsingenieur bei KSB. In hydraulischen Systemen wie Heiz- und Kühlkreisläufen oder prozesstechnischen Anwendungen hat diese Eigenschaft einen erheblichen Einfluss auf die Stromrechnung: Weil dort die meiste Zeit Teillastbetrieb herrscht, rotieren die meisten Pumpen erfahrungsgemäß etwa 50 % der Betriebszeit in einem Lastbereich, der unterhalb von 25 % der Nennleistung liegt. Der SuPremE-Motor behält im Vergleich zum Asynchronmotor einen Nominalwirkungsgrad bis 95 % bei. Die minimierte Verlustleistung bedeutet zugleich eine geringere Wärmeentwicklung des Aggregats, wodurch sich die Lebensdauer der mechanischen Teile verlängert.

Hocheffizienzpumpen mit integrierter Drehzahlregelung

Für die Heiz- und Kühlkreise mit kleineren Fördermengen wurden im Technikgebäude der SFS Hocheffizienz-Umwälzpumpen der Baureihe Calio eingesetzt. Diese Nassläufer-Umwälzpumpen sind mit einer integrierten Drehzahlregelung ausgerüstet und passen somit die Förderleistung dem momentanen Bedarf an. Durch eine serienmäßig integrierte Schnittstelle konnten die Pumpen in die Gebäudeleittechnik integriert werden. „Die Pumpen der Baureihe Calio sind werkseitig für den Einsatz in intelligenten gebäudetechnischen Systemen vorbereitet, ohne dass dafür regelungstechnische Zusatzkomponenten benötigt werden“, erläutert KSB-Planerberater Horst Schmidt. Die Ansteuerung der Pumpendrehzahlregelungen wurden durch das Ingenieurbüro REA so geplant, dass die Regelventile Stellgliedänderungen an die Gebäudeleittechnik übermitteln und die Drehzahlregelungen von dort ein externes Stellsignal erhalten. Die Sollwertvorgaben für die Anpassung der Pumpenleistung verarbeiten die PumpDrive-Drehzahlregelsysteme für die Etaline-Pumpen und die integrierten Drehzahlregelungen der Calio-Pumpen jeweils über eine Modbus-Schnittstelle.

Pumpenüberwachungseinheit zur Kontrolle des Pumpenbetriebs

Zur laufenden Kontrolle der Betriebsdaten sind die Netzpumpen in der Heizungsverteilung jeweils mit PumpMeter-Anzeigegeräten ausgerüstet. Die Pumpenüberwachungseinheit besteht aus Drucksensoren und einer Auswerte- und Anzeigeeinheit an der Pumpe, welche die Größen Saugdruck, Enddruck, Differenzdruck sowie Förderhöhe erfasst. Die gemessenen und berechneten Werte werden alternierend auf einem übersichtlichen Display angezeigt. Zusätzlich wertet PumpMeter die ermittelten Betriebsdaten fortlaufend aus und erstellt ein Lastprofil. Die Auswertung lässt sich über standardisierte Schnittstellen an die Gebäudeleittechnik übermitteln. Die werkseitig vorgerüstete Überwachungseinheit ersetzt den Manometer vor und nach der Pumpe, den Drucktransmitter für Steuerung, Regelung sowie zusätzliche Überwachungseinrichtungen. Eine Kennliniendarstellung zeigt den Betriebsbereich der Pumpe an. So ist für den Betreiber auf einen Blick erkennbar, ob die Pumpe effizient und damit kostensparend arbeitet.

Objektdaten, Projektbeteiligte

Projekt:

Neubau Feuerwehr-Übungshalle und Energiezentrale

Nutzer des Gebäudes:

Staatliche Feuerwehrschule Würzburg 97082 Würzburg www.sfs-w.de

Fachplanung Technische Gebäudeausrüstung:

REA Reinhart Engert Albert Beratende Ingenieure GmbH 97076 Würzburg www.rea-ingenieure.de

Ausführung Heizungs-, Kälte- und Sanitärtechnik:

RGT Rhönland Gesundheitstechnik 97616 Bad Neustadt/Saale www.rgt.de

Eckdaten Heizungs- und Kältetechnik:

• Wärmeversorgung: Fernwärme 1,5 MW, zwei BHKW mit je 80 kW_el
• Wärmeabgabesystem Feuerwehr-Übungshalle: Industrieflächenheizung
• Kälteerzeugung: Absorptions-Kältemaschine 100 kW

Pumpentechnik für Heizungs- und Kälteverteilung:

• Inlinepumpen KSB Etaline, mit Pumpendrehzahlregelung PumpDrive, DN 32 bis DN 80, Motorleistungen 0,75 kW bis 4,0 kW
• Nassläufer-Umwälzpumpen Typ Calio, Baugrößen 32 bis 40

Wolfgang Heinl betreibt als freier Fachjournalist ein Redaktionsbüro mit Spezialisierung auf SHK und Gebäudetechnik, 88239 Wangen, Telefon (0 75 22) 90 94 31, wolfgang.heinl@t-online.de