Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen Messwertgesttzte Analyse und

Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 1

Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen Anlageneffizienz im Gebäudebestand Messwertgestützte Inspektionsverfahren nach DIN EN 15378 zur Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen Praxisbeispiele Fazit Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 2

Energieverbrauch von Wohngebäuden Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 3

Anlageneffizienz Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 4

Energieverluste im Heizungssystem 10 % Abgasverlust Thermische Hülle Abgas- Strahlungs- und Bereitschaftsverluste 100 % Brennstoff verbrauch Verteilungsverluste Nutzereinfllüsse 90 % 64 % Nutzwärme ab Wärmeerzeuger Nutzwärme für Raumheizung 36 % Energieverluste Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 5

Ursachen der Energieverluste • Anlagentechnik vom Betreiber oft unzureichend beherrscht • Abstimmung der Anlagenkomponenten nach Errichtung meist nicht erfolgt bzw. nicht korrekt umgesetzt • Kessel überdimensioniert installiert bzw. Dimensionierung nach Dämmung beibehalten • Erhebliche Mängel im Betriebsverhalten bei mehr als 80 % der Heizanlagen • Mängelkompensierung durch überhöhte Systemtemperaturen und Pumpenleistungen • Konsequenz: Energieverluste zwischen 10 und 30 % Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 6

Fehlerkette vom Bau-Soll zum Bau-Ist Energieeffizienz nik ic Entw Soll ech T g n klu Energiekonzept Planung Ausschreibung Installation Einregulierung Wartung Bedienung Abweichung vom Optimum Ist Zeit Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 7

Einsparstrategien Stand Technik (neu) Anlageners atz Energieeffizienz ? Stand Technik (alt) Soll Ist Analyse und Optimierung Teilsanierun S g ? ? Energiecontrolling ? Zeit Energieausweis Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 8

„Ist-Zustand“ der Anlage? Innentemperatu r? Dimensionierung der Heizkörper ? Hydraulisch er Abgleich ? Energetische Qualität der Gebäudehülle? Maximale Heizlast ? Raumfeucht e? Heizkörper Wasser Therme Regelung ? Zirkulationsverlus te? Regler Trinkwasserhygie ne? Brennwertnutzun g? Speicher Anschlusswert Gas / Fernwärme? Kessel Nutzungsgrad ? Wartungszustan d? Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 9

Inspektion von Kesseln und Heizsystemen Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 10

Inspektionsverfahren die DIN EN 15378 unterscheidet: „Wiederkehrende Inspektion“ -> bezieht sich auf den Wärmeerzeuger (ohne Trinkwassererwärmung) und hat das Ziel die energetische Effizienz des Wärmeerzeugers sicher zu stellen (vgl. 1. BIm. Sch. V sowie KÜO). „Einmalige Inspektion“ -> umfasst die gesamte Heizungs- und Trinkwassererwärmungsanlage und hat das Ziel das Energieeinsparpotential der Anlagentechnik überschlägig zu ermitteln um sinnvolle Alternativen zur Verbesserung der Energieeffizienz der Anlage abzuleiten (Hinweis: Pflicht für Anlagen älter als 15 Jahre). Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 11

Einmalige Inspektion nach DIN EN 15378 1. Vereinfachtes Verfahren mittels Checkliste („Heizungs-Check“) -> Eignungsklasse: „Geeignet“ 2. Inspektion mit Hilfe des Analyseverfahren („Anlagen-EKG“) -> Eignungsklasse: „Exzellent“ 3. Gebäudeaufnahme und Energiebedarfsberechnung -> Eignungsklasse: „Exzellent“ 4. Sonstige geeignete Verfahren Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG ? Dr. Stephan Ruhl Folie 12

Anforderungen an das Analyseverfahren Erfassung der wesentlichen energetisch relevanten Komponenten der Heizungsanlage Messtechnisch gestützte hochauflösende Erfassung des Betriebsverhaltens über einen typischen Temperaturzyklus eines Gebäudes von mind. 24 Stunden Weitestgehender Ausschluss subjektiv bedingter Faktoren Gewährleistung der Reproduzierbarkeit / Vergleichbarkeit / Korrektheit der Datenerfassung / Berechnung Hohe Ergebnisgenauigkeit und Verlässlichkeit Neutralität Kosten-Nutzen-Relation Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 13

Verfahrenskonzept „Anlagen-EKG“ Medizin Gebäudetechnik Herz – EKG als messwertbasierte Analyse des Objektes Herz in Interaktion mit dem Blutkreis ohne Eingriff in den Organismus Anlagen-EKG als messwertbasierte Analyse des Objektes Kessel in der Interaktion mit dem hydraulischen System und dem Nutzer ohne Eingriff in die Heizanlage Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 14

Wo wird gemessen? Messung der Innentemperatur und Feuchte in Referenzraum Messung der Außentemperatur Messung der Verbrennungsluftund Abgasparameter Messung der Vor-und Rücklauf. Temperaturen von Raumheizung, Kessel, Brauchwasser Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 15

Wie wird gemessen? Energiemonitor (Abgastemperatur, Verbrennungslufttemperatur, O², CO², …) Temperaturlogger (Vorlauftemperatur T 1 -Tn, Rücklauftemperatur T 1 -Tm , Warmwasser, Zirkulation, Außentemperatur, Raumtemperatur, …) Ultraschall-Durchflussmengenmesser (Volumenstrom, Fliessgeschwindigkeit, Wärmemenge, Wärmeleistung, …) Messzyklus: 24 Stunden / 12 sec-Takt (7200 Datenpunkte für eine Messstelle) Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 16

Fühlerschema einer Heizungsanlage Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 17

Was zeigt das Anlagen-EKG? Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 18

Ablauf „messen und analysieren“ Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 19

Expertenanalyse-Gutachten Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 20

1. Fazit der Expertenanalyse Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 21

2. Bewertung der Energieverluste Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 22

3. Anschlussleistung und Trinkwasserhygiene Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 23

4. Kalkulation der Einsparpotentiale Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 24

5. Einsparempfehlungen (Bsp. nicht-investiv) Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 25

Beispiele für nichtinvestive Maßnahmen • • • • Einstellung des Brenners Reduzierung der Abgastemperatur Senkung der Kesselvorlauftemperatur Senkung des Pumpen-Volumenstroms Reduzierung der Brenner-Taktung / Brenner-Ventilation Herstellung / Erhöhung Brennwerteffekt Optimierung der Kesselfolgeschaltung Reduzierung der Bereitschaftsverluste Einregeln der Stelleinrichtungen wie Mischer, Überströmventile Einstellung der Pumpen, Ventile, Thermostate Einstellung der Heizkurve Einstellung Nachtabsenkung Einstellung Heizgrenze Regelung Speicherladung Regelung Zirkulation Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 26

6. Kennlinien / Einstellparameter Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 27

7. Technische Detailanalysen mit Optimierungsempfehlungen Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 28

8. Pumpenanalyse Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 29

Pumpen-Einzelreport Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 30

Praxisbeispiele Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 31

Beispiel: hohe Abgastemperatur ca. 120 K zu hoch -> Brennraum reinigen und Brenner einstellen Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 32

Einfluss der Rußschichtdicke Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 33

Kein Brennwerteffekt Zu geringe Spreizung zwischen Vorlauf und Rücklauftemperatur weite über Kondensationstemperatur -> Temperaturniveau absenken, Hydraulik verbessern Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 34

Brennwerteffekt Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 35

Zu hohe Vorlauftemperaturen Vorlauftemperatur des Wärmeerzeugers zu hoch Richard-Wagner-Strasse 5 -7, 160 Starts Richard-Wagner-Strasse 8 -10, 74 Starts -> Heizkurve anpassen Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 36

Heizkurve Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 37

Keine Nachtabsenkung Vorlauftemperatur des Heizkreises auch über Nacht auf „Tagesniveau“ -> Nachtabsenkung / Nachtabschaltung einstellen Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 38

Nachtabsenkung/-abschaltung Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 39

Zeit-/bedarfsabhängig regeln Abgesenktes Temperaturniveau zwischen 5 Uhr und 23 Uhr Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 40

Kesselleistung zu groß für Gebäude Heizkessel taktet zu häufig, da zu groß gewählt -> Brennerleistung reduzieren (soweit technisch möglich) Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 41

Pumpenleistung zu niedrig / hoch Pumpenleistung zu niedrig Pumpenleistung zu hoch -> Pumpenleistung erhöhen Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG -> Pumpenleistung reduzieren Dr. Stephan Ruhl Folie 42

Hydraulik nicht abgeglichen Unterschiedliche Rücklauftemperaturen bei ähnlichen Heizkreisen -> hydraulischen Abgleich durchführen Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 43

Heizkreismischer falsch dimensioniert Vorlauftemperaturen der Heizkreise folgen der Kesselvorlauftemperatur -> Stellzeit des Mischermotors verkürzen, Mischer verkleinern Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 44

Trinkwasserverordnung nicht erfüllt … Warmwassertemperatur im Trinkwasserspeicher immer unter 60°C Zirkulationstemperatur immer unter 55°C -> Speichertemperatur auf 60°C erhöhen, Warmwassernetz hydraulisch abgleichen Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 45

… bei hohem Energieaufwand hohe Vorlauftemperatur, häufiges Nachladen in der Nacht -> Wärmetauscher im Warmwasserboiler entkalken, Fühlerposition kontrollieren Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 46

Falsche Kesselfolgeschaltung häufige Taktung der Folgekessel Kessel 1 39 Starts / 24 h Kessel 2 219 Starts / 24 h Kessel 3 151 Starts / 24 h (= 6, 6 Minuten Laufzeit) Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 47

Verluste durch Ventilation und Taktung Bei 1. 500 Stunden Brennerbetriebszeit im Jahr: • 2. 000 Brennerstarts -> 45 Minuten Laufzeit • 10. 000 Brennerstarts -> 9 Minuten Laufzeit • 20. 000 Brennerstarts -> 4, 5 Minuten Laufzeit • 40. 000 Brennerstarts -> 2, 25 Minuten Laufzeit Ziel: möglichst lange Brennerlaufzeit, wenige Brennerstarts Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 48

Optimierung der Kesselfolge Kessel 2 hohe Abgastemperatur in 2. Stufe Kessel 1 o. B. Kessel 3 “hält nur sich selbst warm“ Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 49

Ablauf „Optimierung und Überwachung“ Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 50

Einsatzmöglichkeiten • Anpassung der Heizungsanlage nach Installation • Inspektion / Audit von Heizungsanlagen • Kontrolle von fest installierter Gebäudeleittechnik • Bauüberwachung von Heizungsanlagen • Bauabnahme von Heizungsanlagen • Begleitung von Optimierungen • Nachweisführung von Einsparungseffekten • Entscheidungshilfe bei Investitionen im Bestand Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 51

Fazit • Energiekostensteigerungen zwingen auch im Gebäudebestand zu permanenter Verbesserung der Anlageneffizienz • 80 % der 19 Mio. Heizungsanlagen in Deutschland sind optimierungsfähig. • Messwertbasierte Verfahren nach DIN EN 15378 wie das Anlagen. EKG analysieren den Heizkessel in Interaktion mit dem hydraulischen System und dem Nutzer ohne Eingriff in die Anlage und zeigen Mängel auf. • Auf Basis eines Anlagen-EKG mit anschließender Expertenanalyse können Anlagenmängel erkannt und Heizungsanlagen durch geringinvestive Maßnahmen optimiert werden. • Das Anlagen-EKG kann zur Steigerung der Energieeffizienz und damit zur Energiekostensenkung im Bestand, aber auch zur Überprüfung der Abnahme bei Neuerrichtung einer Anlage oder zur Vorbereitung einer Anlagensanierung / Anlagencontracting eingesetzt werden. Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 52

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: ratioservice AG Dipl. -Wirtsch. -Ing. Dr. Stephan Ruhl Bruchwiese 1, D-55585 Altenbamberg Telefon: 06708 -63 33 23, Fax: 06708 -63 33 22 E-Mail: stephan. ruhl@ratioservice. com Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 53

Entwicklungsschritte Ø Entwicklungsbeginn durch Dr. -Ing. Martin Donath 1998 Ø Patenterteilung (2004) Ø Feldversuch dena - Einführung Gebäudeenergiepass (2004) Ø Feldversuch MV (2005) Ø Expertise TÜV (2005) Ø Expertise Forschungsstelle für Energiewirtschaft e. V. (2005) Ø Gutachten TU München, (2006) Ø Mitarbeit DIN- Ausschuss (2006) Ø Bewertung Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung (2006) Ø Pilot Projekt WIRO (2006 - 2007) Ø ALFA – Projekt bbu (2008 - 2009) Ø Zertifizierung TÜV (2010) Ø ALFA – Projekt vnw (2010 – 2012) Ø Förderung durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (2010 -2012) Ø Bisher ca. 2500 Analysen Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 54

Praxisbeispiele Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 55

Wirtschaftlichkeit Ergebnis 1 Reduzierung Verbrauch Ergebnis 2 Detektion weiteres Optimierungspotential Einsparung im Messzyklus 23 % 4 % 27 % Leistungspreis Gasanschluss 4. 241 € / a Arbeitspreis Gasverbrauch 475. 197 € / a Kosten Messung, Analyse, Optimierung, Nachmessung Annahme Reduzierung Verbrauch Reduzierung der bezogen auf Brennstoffkosten Jahresverbrauch Amortisation Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG 10. 485 € 15 % 71. 280 € / a ≈0, 15 Dr. Stephan Ruhl a Folie 56

Heizkessel: Abgasmeßbox / Energiemonitor Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 57

Wärmepumpen, Solar, . . . : Ultraschall-Volumenstrommessung Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 58

Verteilung: Temperaturlogger Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 59

Temperaturlogger Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 60

Temperaturlogger Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 61

Inspektion mittels Heizungs-Check Inspektionsbericht (DIN EN 15378) Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 62

Ergebnis 1: Anlagendokumentation Inhalt ü Anlagenparameter ü Energieverbräuche ü hydraulisches System ü reale Heizlast / Anschlusswert ü optimierte Einstellparameter ü optimierte Heizkurve ü optimierte Pumpeneinstellung ü Trinkwasserhygiene ü Anlagenmängel ü Optimierungsmaßnahmen ü Energieeinsparungen Messwertgestützte Analyse und Optimierung von Heizungsanlagen mit dem Anlagen EKG Dr. Stephan Ruhl Folie 63