Heizungsverteiler im Kesselhaus

Verteiler bildet hydraulischen Nullpunkt

Der Hauptverteiler im Kesselhaus der NürnbergMesse ist bisher das größte Exemplar dieses patentierten Sammel- und Verteilsystems dessen Hauptmerkmale drei Temperaturstufen und die hydraulische Entkopplung sind. Durch die zylinderförmige Bauweise wirkt der Verteiler gleichzeitig auch als Puffer und die hydraulische Weiche. Darüber hinaus ist es das Funktionsprinzip, als Anlagen-Nullpunkt auch bei wechselnden Lastsituationen für ausgeglichene Druckverhältnisse zu sorgen, ohne dass sich die angeschlossenen Heizkreise gegenseitig beeinflussen können.

An seinen Platz kam der „Zortström“ während der Messe-Sommerpause im Jahr 2003, nachdem ein Jahr zuvor im Kesselhaus die alten Dampfkessel durch moderne Gas-Brennwertkessel ersetzt worden waren. Aus hydraulischer Sicht war der Planungsansatz für den Neuaufbau der Verteilung, die Heizwasserströme der Kessel- und Abnehmerkreise voneinander zu entkoppeln. Das verantwortliche Planungsbüro hatte sich dabei auf Erfahrungen mit dem Einsatz des hydraulischen Nullpunktverteilers gestützt. „Die Vereinigung von Verteiler und hydraulischer Weiche ermöglicht eine sichere Strömungsentkopplung zwischen Wärmeerzeugung und Wärmeverteilung“, erklärt Fachplaner Dipl.-Ing. (FH) Georg Born vom Ingenieurbüro Ebert und Partner in Nürnberg.

Über acht Fernleitungsstrecken von jeweils bis zu 1 km Länge verteilen sich die Heizwasserströme zunächst an die weiteren Unterverteilungen. Eine Schemazeichnung an der Wand in einer der Unterstationen zeigt, dass die angeschlossenen Heizkreise über die dreistufigen „Zortström“-Verteiler mit unterschiedlichen Systemtemperaturen und Massenströmen versorgt werden. Auf den Einsatz zusätzlicher Regelungstechnik konnte durch die hydraulische Entkopplung und die Unterteilung in drei Temperaturstufen verzichtet werden.

Dritte Verteilerebene für die Brennwertnutzung

Zurück im Kesselhaus fällt zuerst auf, dass sämtliche Rohrleitungen größtenteils ohne Leitungskreuzungen auf den „Zortström“-Verteiler zulaufen. Ebenso wie an den Unterstationen kuppeln die Anbindestrecken dort in drei Ebenen an den zylinderförmigen Verteiler an. Der Grund für den dreistufigen Aufbau des Verteilers ist die Einbindung der Abgaswärmetauscher für die Gas-Brennwertkessel, die in dieser Größenordnung als externe Wärmetauscher ausgeführt sind: „In die mittlere Temperaturebene des Verteilers strömt die aus der Abgaskondensation gewonnene Wärme, die durch Brennwertnutzung gewonnen wird. Die Temperatur in der mittleren Temperaturebene liegt zwischen den Vorlauf- und Rücklauftemperaturen, die in der oberen und unteren Verteilerebene herrschen. So kann die durch Brennwertnutzung gewonnene Wärme direkt für die Versorgung von Niedertemperaturheizkreisen genutzt werden. Mit einem konventionellen zweistufigen Verteiler wäre eine sinnvolle Brennwertnutzung nicht realisierbar, weil der erwärmte Rücklauf vom Abgaswärmetauscher dann nur den Vorlauf herunterkühlen würde“, erklärt Thomas Mößner vom Team Bau und Technischer Betrieb der NürnbergMesse.

Tiefe Rücklauftemperaturen

Aus der Rücklaufebene des dreistufigen Verteilers erhalten die Abgaswärmetauscher stets die notwendigen tiefen Temperaturen, damit der im Abgas enthaltene Wasserdampf kondensieren kann. Die erzielten niedrigen Rücklauftemperaturen bewirken einen weiteren Einspareffekt: Zur Deckung der Wärmegrundlast bezieht die Messe vom Nürnberger Energieversorgungsunternehmen N-Ergie mit 3 MW Fernwärme-Heizleistung, die über drei Übergabestationen in die Vorlaufebene des Zortström eingespeist wird. Die Rücklauftemperaturen zu den Übergabestationen sind nach den bisherigen Erfahrungen um rund 10 bis 15 K niedriger, als dies bei einer zweistufigen Verteilung der Fall wäre. „Über den dreistufigen Verteiler wird erreicht, dass die zugekaufte Energie noch effizienter genutzt werden kann“, weiß Thomas Mößner. Neben den hydraulischen Eigenschaften war ein wesentlicher Grund für den Einsatz der „Zortström“-Technologie, dass es schlicht am nötigen Platz fehlte: Weder die Länge noch die Höhe des Kesselhauses hätten trotz stattlicher Maße für die Abmessungen eines konventionellen, balkenförmigen Verteilers samt Anbindung für die 22 Systemkreise mit Leitungsdimensionen von DN 65 bis DN 300 ausgereicht.

Offene Hallentore bei Nacht als besonderer Lastfall

Während der kälteren Jahreszeiten ist die Nacht vor Messebeginn die größte Herausforderung für die Anlagenhydraulik. Aussteller und Messebauer transportieren Standbauten und Exponate durch geöffnete Hallentore, mit der Folge rapide sinkender Innentemperaturen. Um 22 Uhr schließen die Tore; bis zum nächsten Morgen um 8:00 Uhr muss die Lufttemperatur in den Hallen bis auf 2 m Raumhöhe wieder auf 21 °C erwärmt werden.

Durch die hydraulische Entkopplung in den Haupt- und Unterverteilern werden die Heizkreise mit den geforderten Massenströmen versorgt, so dass auch über weite Strecken und an hydraulisch ungünstigen Punkten die Wärme an die jeweils richtige Stelle strömt. Über die GLT haben die Mitarbeiter der Betriebstechnik dabei die Kontrolle über die Betriebszustände im gesamten Heizsystem. In der GLT-Software ist ein Energiemanager integriert, der die einzelnen Wärmeerzeuger je nach Leistungsbedarf zu- oder abschaltet.

Begehbarer Verteiler

Zwei Lüftungsanlagen sorgen dafür, dass die Großkessel die Verbrennungsluft nicht nur in der benötigten Menge, sondern auch vorgewärmt erhalten. Über Luftkanäle führen die Ventilatoren dem Kesselhaus bis zu 30 000 m³/h Verbrennungsluft zu, die bei kälteren Außentemperaturen auf 16 °C vorgeheizt wird.

„Bei -5 °C wäre sonst ein Großkessel im MW-Bereich schon nach der Vorbelüftung ausgekühlt“, sagt Thomas Mößner und ergänzt: „Für die nächste Anlagenerweiterung muss am „Zortström“ noch ein Stutzen versetzt werden.“ Um den Verteiler danach wieder aufzufüllen, werden rund 8 m³ aufbereitetes Heizwasser nötig sein.