Beitrag erstellt am Freitag, 4. Januar 2019 von Morten Karstoft Rasmussen

Daten haben erhebliche Wärmeverluste in den Anschlussleitungen lokalisiert!

Wie ein lokaler Fernwärmeversorger Daten von elektronischen Zählern genutzt hat, um Wärmeverluste zu reduzieren und Vorlauftemperaturen zu erhöhen
Durch genaue Überwachung und zusammen mit dem lokalen Fernwärmeversorger in Aars, Dänemark, waren wir in der Lage, ein Gebiet im Verteilnetz zu identifizieren, das besonders leistungsschwach war. Dies verursachte einen Temperaturabfall der gelieferten Wärme um 10 °C. Die Sanierung der Leitungen in dem Gebiet hatte einen sofortigen positiven Effekt auf die Vorlauftemperaturen. Schätzungsweise ließen sich dadurch die Wärmeverluste um zirka 7,8 MWh pro Verbraucher und Jahr reduzieren. 

Elektronische Zähler im Netzwerk liefern konkret umsetzbares Know-how
Das leistungsschwache Gebiet im Verteilnetz wurde erkannt, indem man Daten der elektronischen Zähler des Netzwerks in Heat Intelligence aggregierte, Kamstrups Analyse-Tool für Fernwärmeversorger. Heat Intelligence identifizierte mehrere Auffälligkeiten im Verteilnetz, die in Abbildung 1 mit blauen Kreisen markiert sind. Angesichts der geschätzten höheren Temperatur in der Zubringerleitung wurde für alle diese Auffälligkeiten eine erheblich geringere Temperatur als erwartet gemessen. In diesem Fall wurden die niedrigeren Temperaturen durch eine äußerst leistungsschwache Anschlussleitung verursacht. Dafür war nicht nur das relativ hohe Alter der Leitung verantwortlich. Wie sich später herausstellte, befand sich auch die Isolierung in einem schlechten Zustand. 


Heat Intelligence berechnet anhand der geschätzten Temperatur in der Zubringerleitung die erwartete Temperatur für alle Verbraucher. Die Abweichung von den erwarteten Temperaturen für alle ablaufseitigen Verbraucher nach dem roten Stern in Abbildung 1 ist in Abbildung 2 dargestellt. Das Diagramm zeigt, dass für alle Verbraucher eine geringere Temperatur als erwartet gemessen wurde. Doch nach Sanierung der Leitungen „sprangen“ alle Temperaturen auf Werte nahe null (was dem erwarteten Wert entspricht). Es lässt sich sogar sagen, an welchem Tag während der ungefähr zweiwöchigen Sanierungsarbeiten die Anschlussleitungen erneuert wurden.   

Abbildung 1. Die blauen Kreise zeigen Verbraucher mit leistungsschwachen Anschlussleitungen an.

Abbildung 2. Die Abweichung der Vorlauftemperaturen für ablaufseitige Verbraucher nach dem roten Stern in Abbildung 1. Innerhalb von wenigen Wochen pendelten sich alle Temperaturen um null ein, was anzeigt, dass die Anschlussleitungen saniert worden waren.


Reduzierte Wärmeverluste 
Die Erhöhung der Vorlauftemperaturen wurde durch die Reduktion der Wärmeverluste in dem inzwischen sanierten Bereich des Netzwerks erreicht. Für einige Verbraucher stieg die Vorlauftemperatur um mehr als 10 °C. Dies wiederum führte zu einem erheblich reduzierten Durchfluss, weil nun mehr Energie genutzt werden kann (ein höherer Temperaturunterschied, T2-T1, erfordert einen geringeren Durchfluss für die gleiche Wärmemenge). Entsprechend konnten dank der effizienteren Energienutzung von Verbrauchern die Leitungsabmessungen auf ein Minimum reduziert werden. Wenn man die Vorlauftemperaturen vor und nach der Leitungssanierung vergleicht, lässt sich eine Reduktion der Wärmeverluste von zirka 7,8 MWh pro Jahr und Verbraucher errechnen.*

Wo muss noch saniert werden?
Natürlich gilt es, viele Faktoren zu berücksichtigen, wenn Sanierungen geplant werden: Leitungsalter, Leckagen, mehr Kapazitätsbedarf, Verfügbarkeit von Erdarbeiten und Preise dafür etc. Neben der Identifizierung von Bereichen mit erhöhten Wärmeverlusten liefert Heat Intelligence auch wertvolle Erkenntnisse, wie neue Leitungen gestaltet und dimensioniert sein sollten.
 
Mit Heat Intelligence können Fernwärmeversorger sich einfach einen Überblick über den tatsächlichen Verbrauch in den verschiedenen Bereichen ihres Netzwerks verschaffen. Dazu zählt etwa der typische Verbrauch eines bestimmten Abschnitts oder die Ermittlung von Engpässen im System, die Hochdruckverluste hervorrufen. 

Abbildung 3 zeigt einen anderen Bereich des Netzwerks, in dem Heat Intelligence Anschlussleitungen mit hohen Wärmeverlusten entdeckt hat (mit blauen Kreisen markiert). Auf gleiche Weise wie oben beschrieben können die geschätzten Temperaturabweichungen auch hier verwendet werden, um die erreichbare Reduktion der Wärmeverluste zu berechnen.

Die Temperaturabweichungen, die von Heat Intelligence für die in Abbildung 3 mit blauen Punkten markierten Verbraucher ermittelt wurden, bewegen sich in der gleichen Größenordnung wie oben, das heißt, zirka 10 °C unterhalb des erwarteten Wertes. Infolgedessen lässt sich in diesem Bereich des Netzwerks auch eine Reduktion der Wärmeverluste um ungefähr 7,8 MWh pro Verbraucher und Jahr erzielen. Diese Ergebnisse sollten natürlich berücksichtigt werden, wenn das Versorgungsunternehmen die nächste Sanierung plant.

Abbildung 3. Diese Karte zeigt ein anderes Gebiet im Netzwerk, wo es zu großen Wärmeverlusten kommt (die blauen Kreise geben an, wo die Temperaturen zirka 10 °C niedriger als erwartet liegen). Die berechneten Temperaturabweichungen lassen sich direkt nutzen, um die Kosten der Wärmeverluste abzuschätzen. Sie sollten bei der Sanierung des Netzwerks berücksichtigt werden.


Wie funktioniert Heat Intelligence?
Heat Intelligence aggregiert fortlaufend Daten von allen Zählern im Verteilnetz. Anhand der Daten von Tausenden von Zählern, die sich an den Endpunkten des Netzwerks befinden, werden Durchfluss, Druck sowie Vor- und Rücklauftemperatur in allen Leitungen des Netzwerks abgeleitet. Die Messungen der einzelnen Zähler können dann mit den Netzwerkschätzungen verglichen werden, um Verbraucher zu identifizieren, deren Werte zu niedrig oder zu hoch sind. Wenn zum Beispiel ein Zähler eine Temperatur misst, die verglichen mit dem geschätzten Wert der betreffenden Anschlussleitung viel niedriger ist, kann dies auf eine schlechte Leitungsisolierung hindeuten. Wenn andererseits ein Zähler zu hohe Temperaturen misst, könnte das ein Hinweis darauf sein, dass eine Leckage eine stärkere Zirkulation verursacht.


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*Im vorliegenden Fall werden Schätzungen genutzt, die auf den Durchschnittswerten der 17 Verbraucher in Abbildung 1 basieren. Heat Intelligence schätzt die Vorlauftemperaturen in der Hauptleitung, von der die Anschlussleitungen zu jedem Verbraucher führen. Anhand dieser Schätzungen lassen sich, zusammen mit Zählerdaten, Wärmeverlustkoeffizienten vor und nach der Sanierung berechnen. Man nimmt an, dass sich der Wärmeverlustkoeffizient durch Erneuerung der Anschlussleitungen um den Faktor 6,5 verbessert. Dadurch ergibt sich eine Differenz bei den Wärmeverlusten von ungefähr 1,1 W/m/K. Wenn man Näherungswerte für die Länge der Anschlussleitungen, die Vorlauf- und Umgebungstemperaturen sowie den Verbrauch zugrunde legt, entspricht diese Differenz Wärmeverlusten pro Verbraucher und Jahr von zirka 7,8 MWh. 
Hierbei handelt es sich um eine grobe Schätzung. Eine genauere Schätzung der Wärmeverluste pro Verbraucher und Jahr erfordert eine sorgfältigere Analyse. Dazu müssen die Daten von jedem einzelnen Verbraucher und jeder einzelnen Anschlussleitung vorliegen.

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