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Wirtschaftliche Wassererwärmung

Kompaktstation mit geregelter Strahlpumpe
Wirtschaftliche Wassererwärmung

Die Kompaktstation Baelz-Moduline lässt sich universell für alle Wärmeleistungsbereiche von ca. 40 bis 1500 kW einsetzen. Sie eignet sich für jede moderne Wärmeerzeugung, ob mit Solaranlagen, Holzheizungen, Wärmepumpen, Blockheizkraft- oder Fernheizkraftwerken. Moduline beinhaltet eine geregelte Strahlpumpe und wird anschlussfertig montiert und fertig verdrahtet geliefert.

Die Autoren: Dr. Renate Kilpper Fachjournalistin Prof. Dr. Uwe Bälz technischer Berater, W. Bälz & Sohn

Die Anlage arbeitet nach dem Durchfluss-prinzip. Das erwärmte Prozess- oder Brauchwasser steht daher dank sehr schneller Regelantriebe nahezu verzögerungsfrei beim Öffnen der Zapfstelle zur Verfügung. Wärmeverluste treten dabei nicht auf. Nach dem Schließen und erneutem Öffnen besteht auch keine Verbrühungsgefahr. Wenn nicht gezapft wird, beträgt der Wärmeverlust bei laufender Zirkulationspumpe dank guter Isolierung der langen Warmwasserleitungen maximal 5 %. Bei 100 kW sind das nur ca. 5 kW Verlust, die man „nachheizen“ muss. Die Beimischregelung mithilfe der geregelten Strahlpumpe Jetomat sorgt für eine bessere Regelgüte im unteren Lastbereich (ca. 0 bis 3 % Hub) als beim konventionellen System und ist energiesparender. Eine elektrische Umwälzpumpe ist dabei nicht erforderlich. Moduline ist zwar ein Durchlauferhitzer, kann aber auch mit einem Speicherladesystem kombiniert werden. Normalerweise ist ein zusätzlicher Speicher nicht notwendig, da das Rohrleitungssystem größerer Gebäude bereits den Speicher darstellt. Bei beiden Speicherarten bringt jeweils eine Zirkulationspumpe auf der Sekundärseite das warme Wasser zeitnah zur Zapfstelle. Die gleichzeitige Anwendung von Moduline für Heizung und Warmwasser ist ebenfalls möglich, da entsprechende Kompaktstationen mit ein, zwei oder drei Strahlpumpen verfügbar sind.
Funktion der Strahlpumpe
Strahlpumpen sorgen für eine optimale Wärmeverteilung bei der Warmwasserbereitung und regeln je nach Bedarf außerdem Heizung, Kühlung und Lüftung. Sie kommen als Muffen- oder Flanschversion zum Einsatz. Die Einspeisung der Wärme erfolgt indirekt über Plattentauscher oder direkt. Die gewünschte Wärmemenge lässt sich mithilfe der Jetomat-Strahlpumpe (auch als Jetpumpe, Injektorventil oder Dreiwegeinjektorventil bezeichnet) präzise und störungsfrei regeln. Auf der Abnehmerseite ergibt sich die geforderte Temperatur sehr genau durch eine Mischregelung anstelle einer Drosselregelung. Denn die Leistung von Strahlpumpen ist mit einem hubverstellbaren Düsenkegel innerhalb der Treibdüse veränderbar. Der Stellantrieb für die Strahlpumpe ist elektrisch, er kann aber auch pneumatisch sein. Nach der Düse zieht der energiegeladene Treibstrahl das Beimischwasser aus dem Rücklauf in das Mischrohr, wo sich beide Ströme vermischen. Über die Hubverstellung des Düsenkegels und dem damit veränderbaren Düsenquerschnitt stellt sich dort die gewünschte Vorlauftemperatur exakt ein. Die Druckenergie des Treibstrahls wird zu kinetischer Energie. Diese Energie genügt, um das Mischwasser im Heizkreis ohne zusätzliche Umwälzpumpe zirkulieren zu lassen. Der Regelbereich, den eine Strahlpumpe zuverlässig abdeckt, ist außergewöhnlich groß. Er liegt in den meisten Fällen zwischen 100 % und 0 %.
Die Lebensdauer der Strahlpumpe beträgt 20 Jahre nach VDI 2067, während die Lebensdauer von Umwälzpumpen nur 10 Jahre beträgt. Zusätzlich reduzieren sich Wartungs- und Instandhaltungsaufwand durch das Entfallen mehrerer Geräte, wie z. B. Dreiwegeventile, Umwälzpumpen, Steuerungen im Schaltschrank sowie von Armaturen.
Einsatz in der Brauchwassererwärmung
Baelz-Moduline verbessert die Regelung von Wärmeübertragern in Anlagen für die Brauchwassererwärmung deutlich. Das gelingt mithilfe der Strahlpumpe, die gleichzeitig als Regelventil fungiert. Der Jetomat regelt die Primärvorlauftemperatur vor dem Wärmeübertrager, beispielsweise von +125 °C auf +65 °C, mithilfe von Rücklaufbeimischung herunter. Sozusagen als Verkalkungsschutz überwacht und begrenzt ein Regelfühler die Heizmitteltemperatur. Hohe Vorlauftemperaturen wie bei der Drosselregelung, die zur Verkalkung des Plattenwärmetauschers führen würden, treten so nicht auf, und die sonst häufig vorkommenden thermischen Spannungen im Wärmeübertrager, die einen höheren Verschleiß verursachen, sind reduziert. Moduline wälzt bei gleicher Wärmeleistung durch die Beimischung wesentlich mehr Wasser um, was die Wärmeübertragung durch die höhere Wassergeschwindigkeit und damit die Regelgüte verbessert. Der Primärwasserdurchsatz ist im gesamten Leistungsbereich höher und die Rücklauftemperatur niedriger als bei der konventionellen Ausführung mit Drosselschaltung. So entsteht eine gleichmäßigere Temperaturverteilung, die Wärmespannungen im Wärmeübertrager vermeidet. Der einfache Aufbau von Moduline garantiert eine wartungsarme Betriebsweise.
Viele Plattenwärmetauscher und Rohrbündelübertrager werden heute noch nach der Drosselschaltung mit Durchgangsventil geregelt, meistens mit einem zusätzlichen Differenzdruckregler. Bei dieser Ausführung ist die Eintrittstemperatur in den Wärmeübertrager immer gleich der Primärvorlauftemperatur im Versorgungsnetz. Eine hohe primäre Eintrittstemperatur führt aber bei der Brauchwassererwärmung fast immer zu Verkalkung. Die Folgen sind eine schlechtere Wärmeübertragung und damit eine höhere Rücklauftemperatur.
Die Regelung der Wärmeleistung erfolgt häufig durch die Änderung des Massenstroms zum Wärmeübertrager, abhängig vom Leistungsbedarf der Verbraucherseite. Im Teillastbetrieb kommt es zu großen Temperaturdifferenzen zwischen Ein- und Austritt des Massenstroms und damit zu dehnungsinduzierten Spannungen. Regelungstechnisch treten Schwierigkeiten beim Nachheizen auf, wenn Wärmeverluste auszugleichen sind, die immer in Zeiten ohne Zapfen entstehen. Dann arbeitet nämlich die Zirkulationspumpe weiter, und das Regelventil muss den Wärmeverlust ausregeln. Das Durchgangsregelventil arbeitet so im unteren Lastbetrieb, bei dem regelungstechnisch nur die Möglichkeit besteht, auf oder zuzufahren, mit der Gefahr einer Übertemperatur und damit dem Ausfall der Anlage.
Brauchwasserhygiene
Auch die Brauchwasserhygiene ist mit Moduline gesichert. Das Modul arbeitet nach dem Durchflussprinzip, ohne Speicher. Die gesundheitsschädlichen Legionellen vermehren sich jedoch bevorzugt in stehendem Wasser bei +20 bis +55 °C. Die Regelung mit der Strahlpumpe hält eine Brauchwassertemperatur von +61 °C stabil, ab der Legionellen abgetötet würden. Die sehr genaue Einhaltung der Wassertemperatur durch die Beimischregelung verhindert darüber hinaus Kalkabscheidungen und Schmutzablagerungen und schließt auch die Gefahr von Verbrühungen aus.
Vorteile auf einen Blick
Die Beimischregelung durch den Einsatz von Strahlpumpen auf der Primärseite der Wärmeübertrager, wie sie bei der Kompaktanlage Moduline realisiert ist, weist eine ganze Reihe von Vorteilen auf. Dies sind u. a.:
  • gute Regelbarkeit im gesamten Bereich
  • weniger dehnungsinduzierte (thermische) Spannungen am Plattentauscher
  • tiefere Rücklauftemperaturen auf der Versorgungsseite
  • geringere Verkalkung der Sekundärseite im Brauchwassersystem
  • geringere Differenzdruckschwankungen an den Primäranschlüssen des Übertragers
  • geringere Verkeimungsgefahr
  • Reduzierung der Investitions- sowie der Wartungs- und Instandhaltungskosten
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