Rentable intelligente Heizungslösung für Bürogebäude mit bis zu 30 % niedrigeren Betriebskosten

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Tipps für HLK-Planer - was nützt das billigste Angebot, wenn die Betriebskosten dafür später höher ausfallen? 

Das Ziel des Investors und Entwicklers zu Beginn jedes Projekts ist klar: Sie wollen das Gebäude mit modernen Technologien bauen oder renovieren. Dabei spielen die Investitionskosten häufig eine grosse Rolle im Entscheidungsfindungsprozess. Dieser Ansatz greift jedoch zu kurz und führt nicht immer zu den gewünschten Einsparungen. Ein beispielhaftes Projekt ist die Sanierung des historischen Gebäudes im Zentrum Prags. 

Dabei handelt es sich um ein elegantes Gebäude mit viel Grün, Glas und Marmor. Sorgfältige Planung, moderne Beleuchtungstechnologie, individuelle Heizungs- und Kühlungssteuerungen, Feuchtigkeitsregelung in den Räumen, automatische Beschattung und viele andere Lösungen unterstreichen die Exklusivität der Immobilie. Das Gebäude ist umweltfreundlich. Die LEED Gold-Zertifizierung soll den modernen ökologischen Ansatz bestätigen. Leider garantiert selbst diese international anerkannte Qualitätsmarke nicht die Verwendung einer ökologischen oder effizienten Heizungsquelle. 

Fallstudie – Sanierung eines Bürosanierung Bürogebäudes in Prag 

Die Sanierung des Gebäudes umfasste die Renovierung der Büroräume in acht oberirdischen Geschossen mit einer Gesamtfläche von 6830 m2 sowie den Anbau eines neuen Gebäudeteils im früheren Innenhof. Ein weiteres Element der Sanierung und eines der Projektziele sah darüber hinaus eine effiziente Heizung vor, die den Energiegewinn aus Brennstoffen maximieren und das Gebäude bedarfsabhängig versorgen sollte. Diese Anforderungen wurden planungsseitig mit der Entscheidung für mehrere UltraGas® 800D-Gasbrennwertkessel erfüllt. Die folgende Abbildung zeigt den dazugehörigen Installationsplan:

Installationsplan für Brennwertkessel-Anlage mit UltraGas-Kesseln

Abbildung 1: Installationsplan für Brennwertkessel-Anlage mit UltraGas®-Kesseln 

Während der Ausführungsphase kam es jedoch zu einer Budgetkürzung durch den Investor. Daraufhin wurden die Hoval-Brennwertkessel durch einen anderen Gerätetyp ersetzt, der laut technischer Dokumentation auf den ersten Blick ähnliche technische Parameter und Eigenschaften bot. Dieser Schritt zog jedoch weitere Änderungen nach sich, u.a. eine andere hydraulische Installation. Vor allem aber wirkte er sich auf die Funktionalität des gesamten Heizungssystems im Gebäude aus.

Systemlösung mit Gasbrennwertkesseln

Bei genauerer Betrachtung des abgebildeten Systemplans stossen wir auf signifikante Unterschiede.

Keine Primärpumpe
Das UltraGas®-Hydraulikschema beinhaltete einen Kessel mit grossem Wasserinhalt ohne Anforderungen an die Mindestumlauf-Wassermenge, d.h., das Schema enthält keine Primärpumpe oder eine hydraulische Weiche (Torus).

Getrennte Hoch- und Niedrigtemperatur-Rückläufe
Geräteseitig sehen wir getrennte Heizkreise: einen Kreis für höhere Temperaturen, z. B. für die Lüftung mit einem Temperaturgradient von 80/60 °C, einen Kreis mit einem Niedrigtemperatur-Gradient von 35/25 °C für die Fussbodenheizung sowie weitere Heizkreise mit Niedrigtemperatur-Anforderung.

Wir wissen, dass der Taupunkt von Abgas bei ca. 57 °C liegt. Es wurde festgestellt, dass die Rücklauftemperatur aller Heizkreise um diesen Punkt schwanken würde. In der Folge käme es nicht zu einer Abgaskondensation bzw. Nutzung dieser Wärme. Aus diesem Grund müssen das heisse und das kalte Rücklaufwasser im Kessel und Verteiler getrennt werden. Nur dann könnte der Kondensationsprozess mithilfe des kalten Rücklaufwassers angeregt werden.

ΔT-Beschränkungen
Ein weiterer Vorteil des UltraGas®-Systems besteht darin, dass es keine ΔT-Beschränkung (Temperaturdifferenz zwischen Durchfluss und Rücklauf) kennt. Die entscheidenden Faktoren für ein System sind die benötigte maximale Vorlauftemperatur und die Rücklauftemperatur (für die Kondensation).

Kessel mit Aluminium-Wärmetauscher arbeiten nur mit einem ΔT bis 25 K. Für den UltraGas® gilt diese Einschränkung nicht. Im Gegensatz zu einem System mit Aluminium-Wärmetauscher-Kessel benötigt ein Systen mit dem UltraGas® keine zusätzlichen Komponenten (hydraulische Weiche, welche zur Erhöhung der Rücklauftemperatur führt, zusätzliche Umwälzpumpen usw.)

Der Vergleich mit dem Hydraulikschema der ausgeführten Installation vermittelt den Eindruck, dass beim Wechsel des Kessels die Struktur des Heizungssystems ignoriert und nur auf den Preis der Lösung geachtet wurde.

Da die Heizquelle im beschriebenen Fall aus zwei Brennwertkesseln besteht, deren Aufbau und hydraulischer Widerstand eine eigene Primärkreispumpe für die Aufrechterhaltung des Wasserstroms erfordern, wurde eine Gruppe relativ grosser Pumpen installiert, die praktisch ununterbrochen laufen.

Um geeignete Betriebsbedingungen für einzelne Pumpen sicherzustellen, werden Primär- und Sekundärkreis durch eine hydraulische Weiche voneinander getrennt. Die Bauart der installierten Kessel erlaubt eine maximale Temperaturdifferenz von 25 K zwischen Vor- und Rücklauf. Der Durchfluss wird daher so ausgelegt, dass sich bei maximaler Verbrennungsleistung in beiden Kesseln eine Temperaturdifferenz von 25 K ergibt. Bei einer Leistungsreduktion sinkt jedoch auch die Temperaturdifferenz des Kesselkreises (um das Verhältnis zu wahren). Die Kessel müssen die Temperatur entsprechend den Verteilungsanforderungen halten, sodass die Temperatur am Rücklauf zum Kessel signifikant steigt – ein weiterer Grund, warum der Kessel in der beschriebenen Situation nicht mehr kondensiert. 

Rentable intelligente Heizungslösung für Bürogebäude mit bis zu 30 % niedrigeren Betriebskosten

10 % weniger Effizienz ohne Kondensation (wenn Kondensation nicht funktioniert)

Kondensation setzt ein, sobald die Abgastemperatur unter den Taupunkt fällt (ca. 57°C bei Gaskesseln). Die Kondensationswärme macht ca. 11 % der Energie im verbrannten Gas aus und die Effizienzsteigerung hängt von der erreichten Abgastemperatur ab. Die tatsächliche Differenz zwischen Kondensations- und Nicht-Kondensationsbetrieb beträgt bei Brennwertkesseln ca. 10 % (Interessant: Im Vergleich zu Niedertemperatur-Kesseln mit einer Abgastemperatur von ca. 200 °C ergeben sich Differenzen von bis zu 25 %.)

Obwohl diese alternativen Kessel also sehr gute Leistungen erzielen könnten, werden - und können - sie im vorliegenden Fall gar nicht im Kondensationsmodus betrieben werden. 

Plan der aktuellen Kesselanlage einschliesslich Rücklauftemperatur Hoval

Abbildung 2: Plan der aktuellen Kesselanlage einschliesslich Rücklauftemperatur

Was nützt das billigste Angebot, wenn die Betriebskosten dafür später höher ausfallen?

Auf dem Papier mag sich ein Brennwertkessel-Typ ganz einfach und ohne grossen Aufwand durch einen anderen Typ ersetzen lassen. Da der Gesamtbetrieb jedoch viel komplexer ist, reicht ein 1:1-Austausch nicht aus. In unserem Fall wurden durch den Wechsel der Brennwertkessels zwar die Gerätekosten gesenkt, die Betriebskosten allerdings deutlich erhöht.

Angenommen, das Gas für den Betrieb einer Gaskessel-Anlage mit einer Ausgangsleistung von 750 kW kostet durchschnittlich 63.000 Euro pro Jahr. Die ursprüngliche Kesselvariante mit einer Effizienz von 109 % im Kondensationsmodus benötigt 10 % weniger Gas, sodass sich die Kosten nur auf 56.700 Euro pro Jahr belaufen hätten. Durch die Kesselkreispumpen werden unter Berücksichtigung von Anlagengrösse und Betriebszeit jährlich ca. 5000 kWh mehr Strom verbraucht. Damit entstehen bei den aktuellen Strompreisen Mehrkosten von ca. 1700 Euro pro Jahr. In der Summe kostet der Betrieb des Systems im beschriebenen Fall 8000 Euro mehr pro Jahr.

Den Einsparungen bei den Implementierungskosten des Projekts, dessen Ziel darin bestand, neue Kessel zu installieren, stehen zusätzliche Anschaffungskosten gegenüber – für Zirkulationspumpen mit ihren Steuerungen, die hydraulische Weiche und in diesem speziellen Fall das Abgassystem (der UltraGas®-Doppelkessel hätte nur 1 Abgasleitung benötigt). In Bezug auf Material und Struktur darf bei den ausgewählten Kesseln zudem nicht von einer übermässig langen Lebensdauer wie bei den ursprünglich geplanten Kesseln (bis 30 Jahre) ausgegangen werden.

Vergleich in Zahlen

  • Ungefähre Gaskosten für die Kesselanlage mit einer Ausgangsleistung von 750 kW: ca. 63.000 Euro/Jahr
  • Entgangenes Einsparpotenzial von 10 % bei den Gaskosten: ~ 6300 Euro/Jahr
  • Höherer Stromverbrauch: 5000 kWh/Jahr ~ 1700 Euro/Jahr

Summe der Mehrkosten für den Betrieb = 8.000 Euro/Jahr

Zusatzaufwand

 • Zirkulationspumpen, zugehörige Steuerung, hydraulische Weiche, Abgassystem

Gesamteinsparungen bei der Projektimplementierung im Vergleich zur ursprünglichen Planung: ca. 3700 Euro

Lebensdauer der Kessel

  • Aktuelle Lösung – Aluminium – Wasserqualität im Vordergrund – erwartete Lebensdauer: 10 - 15 Jahre
  • Hoval-Technologie – Kombination aus Aluminium und Edelstahl – erwartete Lebensdauer: bis 30 Jahre

Investitionen in moderne Technologien und intelligente Steuerungssysteme bedeuten zahlreiche Entscheidungen und erfordern profunde Kenntnisse der Materie. Leider garantieren Gebäudezertifizierungen nicht die optimale Nutzung technischer Lösungen. Der Planungs- und Implementierungsprozess wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, die die endgültige Form des Gebäudes einschliesslich seiner Leistung unabhängig voneinander bestimmen. Einsparungen bei den Investitionskosten sind nicht immer auch Einsparungen im eigentlichen Sinne – denn sie können sich tiefgreifend und langfristig auf die Betriebs- und Instandhaltungskosten, die Lebensdauer und die Funktion des Gesamtsystems auswirken. Leider zeigt die erste Fallstudie zur Sanierung des historischen Gebäudes im Zentrum Prags die Realität in der Baubranche, in der die Folgen in Form höherer Betriebskosten auf Mieter oder Besitzer abgewälzt werden.   
 

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Autor
Petr Bohuslav
 
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