Zirkulationsbetrieb beispielhaft per Frischwasserstation gelöst
Materialtechnische Herausforderung durch hartes Wasser
Es ist keine Alltagssituation für Hersteller von TGA, für Planer und umsetzendes SHK-Handwerk, wenn sie an einem Projekt wie dem „Upstalsboom“ in Kühlungsborn beteiligt sind. Das harte Trinkwasser vor Ort setzt aber auch diesem zu und die beiden ursprünglich installierten Frischwasserstationen hielten lediglich zehn Jahre. Es wurden daher neue Komponenten installiert. Dabei galt es, die materialtechnischen Herausforderungen und die des Zirkulationsbetriebs zu bewältigen.
Der Name „Upstalsboom“ ist die Bezeichnung einer alten Friesentradition: Häuptlinge trafen sich unter einem Baum („Boom“), stallten dort ihre Pferde auf („upstallt“), um sich dann zu besprechen und die Gemeinschaft zu beschwören. Der Name „Upstalsboom“ steht heute für eine bedeutende norddeutsche Hotelkette und für eine Hotelphilosophie, die maßgeblich mit dem heutigen Geschäftsführer Bodo Janssen verbunden ist, eine schillernde Figur. Janssen wurde bundesweit bekannt, als der damals 24-jährige Student und Millionärssohn der familieneigenen Hotelkette im Juni 1998 entführt und nach acht Tagen Kidnapping von einem Sondereinsatzkommando befreit wurde. Janssen, der bis dahin den Ruf eines Playboys innehatte, war danach ein anderer Mensch. Heute ist der 50-Jährige Geschäftsführer, Buchautor und gefragter Redner. Die Hotelkette, die zudem Ferienwohnungen betreibt, hat ihren Sitz seit ihrer Gründung durch Bodo Janssens Vater in Emden. Das Upstalsboom in Kühlungsborn wurde 2011 eröffnet. Es verfügt über 144 Doppelzimmer sowie über 19 Suiten.
Wasserhärte setzt zu
Die Warmwasserversorgung im Hotel ist materialtechnisch eine Herausforderung. Sie basiert auf Frischwasserstationen, die mit hartem Trinkwasser arbeiten müssen, das eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt. Kühlungsborn wird über den Zweckverband Kühlung (ZVK) mit Sitz in Bad Doberan mit Trinkwasser versorgt. Die Wasserhärte beträgt 21 °dH und liegt damit deutlich im Härtebereich hart. Bereits nach 10 Jahren waren die im Ursprung verbauten Frischwasserstationen teilweise defekt. Ein Wärmetauscher war aufgrund der Wasserbeschaffenheit durchkorrodiert und es trat Wasser aus. Die zweite Station lief zwar noch, aber es war ungewiss, wie lange. Deshalb wurden gleich beide ausgebaut und durch zwei neue ersetzt.
Neu verbautes System
Verbaut wurden zwei Malotech-Frischwasserstationen aus der fresh-Serie, konkret die Malotech fresh 206/154 classic. Im Upstalsboom in Kühlungsborn können die beiden Stationen bei 70 °C Vorlauftemperatur aus dem Pufferspeicher eine maximale Leistung von zusammen bis 1 MW Warmwasser/sek. 10/60 °C erbringen. Die Stationen sind jeweils primär mit leistungsstarken 12m-Pumpen bestückt, die bei Volllast in Summe einen Massenstrom von 19 m³ vom Puffer zu den Stationen und zurück zu fördern haben. Das ist auch eine Herausforderung für das eingesetzte Regelkonzept.
Denn die Kehrseite der Medaille ist, dass sich der Massenstrom dieser leistungsstarken Pumpen nicht ohne Weiteres nach Belieben nach unten gegen Null reduzieren lässt. Genau das wäre aber im Zirkulationsbetrieb zumeist notwendig, denn ein zu großer Massenstrom würde das mit mindestens 55 °C in den Wärmetauscher eintretende heiße Rücklaufwasser der Zirkulation nahezu an die Vorlauftemperatur des Heizungswassers heran aufheizen. Da der Pufferspeicher zur Deckung des vollen Leistungsbedarfs mit über 70 °C geladen sein sollte, wird das Dilemma offensichtlich. Das Problem ist aber auch ein grundsätzliches des Zirkulationsbetriebs.
Mögliche Zirkulationsprobleme
Der Zirkulationsbetrieb gilt heute in der Installation als technischer Standard. Er dient der Hygiene und dem Benutzer-Komfort. Allerdings erzeugt er in Verbindung mit zentralen Frischwassersystemen auch immer wieder Systemprobleme. Durch einen permanenten Zirkulationsbetrieb bei zugleich geringer Zapfentnahme können die Warmwassertemperaturen mitunter deutlich über den gewünschten Sollwert steigen. Bisweilen sind Temperaturen > 65 °C in solchen Systemen keine Seltenheit. Dieses Phänomen tritt insbesondere in Systemen auf, die mit zentralen Frischwasserstationen kombiniert werden. Die Rücklauftemperatur ist dann entsprechend hoch und sie stört nicht nur die Temperaturschichtung im Pufferspeicher empfindlich. In der Folge kann sie auch die Funktionalität des Wärmeerzeugers einschränken oder seine Effizienz mindern. Wärmepumpen schalten dann sogar oft auf Störung.
Nebenbei steigt das Verkalkungsrisiko bei hohen Umlauftemperaturen deutlich an und der eigentlich gewünschte Warmwasserkomfort, den der Zirkulationsbetrieb bewirken soll, wird gleich wieder egalisiert. Das trifft dann beim Duschen zu. Zunächst ist das Wasser zu heiß und der Nutzer mischt folglich kaltes Wasser zu. Wenn das heiße Wasser in der Leitung allmählich den Sollwert erreicht, wird es über die zuvor eingeleitete Zumischung kalten Wassers unterm Strich zu kalt – der Nutzer muss an der Zapfstelle ein zweites Mal nachregeln.
Vorausschauende Regler gefragt
Neben der größtmöglichen Robustheit der neuen Stationen als Antwort auf das harte Wasser in Kühlungsborn gilt eine neue Regelungstechnik als weitere Besonderheit. Malotech arbeitet hier nach eigenen Angaben als erster Hersteller von Frischwasserstationen mit speziellen Sensoren und einer darauf aufbauenden Programmierung des Reglers.
Das Unternehmen stattet seine Frischwasserstationen mit intelligenter Software aus. Sie erkennt den Zapfbetrieb und unterscheidet diesen vom Zirkulationsbetrieb. Bei diesem wird von der Pumpe gerade so viel heißes Wasser in den Wärmetauscher gezogen, dass die gewünschte Warmwassertemperatur nicht überschritten wird. Unerwünschte Temperaturüberhöhungen des Netzes im Zirkulationsbetrieb sollen so vermieden werden.
Dem Unternehmen ist nun vermutlich als erstem Anbieter gelungen, über den Einbau eines Sensors in Verbindung mit der Regler-Programmierung ein System auf den Markt zu bringen, das nicht nur feinfühlig ist, sondern auch vorausschauend agiert. „Technisch umgesetzt haben wir das in Form unseres neu regelnden Frischwassercontrollers in Verbindung mit unseren zentralen ,fresh‘-Frischwasserstationen“, berichtet Malotech-Geschäftsführer Marc Losch. Sensoren erfassen den Durchfluss und die Temperaturen über schnell ansprechende Fühler, die direkt im Medium sitzen. Die für den Lastfall benötigte Heizwassermenge wird entsprechend des Bedarfs bereitgestellt. Das alles geschieht binnen weniger Sekunden. „Der Lösungsansatz ist, die Heizwasserpumpe im Zirkulationsbetrieb grundsätzlich im Pulsbetrieb zu betreiben und, wenn es zum Zapfbetrieb kommt, innerhalb weniger Sekunden den tatsächlichen Nachsteuerungsbedarf zu erkennen. Nach Zapfende schaltet das System in den Zirkulationsbetrieb und damit in den Pulsbetrieb zurück mit dem Ergebnis, dass nach Zapfende die Temperatur im System nicht ansteigt“, erklärt Losch.
Neue Maßstäbe
Auch bei Malotech ist man sich im Klaren darüber, dass die beiden nun im Hotel Upstalsboom in Kühlungsborn verbauten Frischwasserstationen unter den gegebenen Rahmenbedingungen und den täglichen Warmwasser-Anforderungen eines doch recht großen Hotels nicht ewig halten werden, doch bestmöglich schon. Hinzu kommt, dass über die sensorbasierte Regelung neue Maßstäbe im Zirkulationsbetrieb des Hotels gesetzt werden, die merklich sind.
