SONDERDRUCK

Nutzung industrieller
Prozesswärme inNahwärmenetzen
Sonderdruck aus EuroHeat&PowerAusgabe 44. Jg. (2015), Heft 11

SAMSON AG
Produktmanagement
und -marketing Messund Regeltechnik

SMART IN FLOW CONTROL.

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Nutzung industrieller Prozesswärme in Nahwärmenetzen
Sonderdruck aus EuroHeat&Power Ausgabe 44. Jg. (2015), Heft 11

Nutzung industrieller Prozesswärme in Nahwärmenetzen
Das produzierende Gewerbe steht vor der Herausforderung, die Kosteneffizienz erheblich zu steigern, um den Anforderungeneiner globalisierten Wirtschaftswelt gerecht zu werden. Ein Weg dafür kann die Nutzung der Prozesswärme in angeschlossenen
Nahwärmenetzen sein.
Die Nutzung der Abwärme in industriellen Herstellungsprozessen bietet Unternehmen eine Möglichkeit, eigene Kosten
zu senken und zusätzliche Einnahmequellen zu schaffen. DieNutzung nicht vermeidbarer Abwärme kann eine direkte
Verbesserung der Wirtschaftlichkeit in Unternehmen bieten.
Besonders gut lässt sich dabei Abwärme nutzen, die an Medien wie Wasser oder Luft gebunden ist. Über Wärmetauscher kann diese thermische Energie beispielsweise in Pufferspeicher geladen und in Nahwärmenetze eingeleitet werden. Ein entsprechendes Anwendungsbeispiel ist dieWaffelfabrik Meyer zu Venne GmbH & Co. KG im niedersächsischen Ostercappeln. In dem familiengeführten Unternehmen werden hier auf Europas größten und modernsten
Backlinien verschiedene Waffelprodukte produziert. Das
umweltbewusste Unternehmen fällte die Entscheidung, die inder Produktion entstehende Abwärme in einem Wärmenetzzu nutzen. Hierfür steht im Volllastbetrieb bei insgesamt 18Backstraßen eine Gesamtwärmeenergie von maximal
1200 kW zur Verfügung. Das für die Planung der Anlage
zuständige Ingenieurbüro IngenieurNetzwerk Energie eG(iNeG) entwickelte gemeinsam mit der SAMSON AG eine
intelligente Regelung für diese Anlage.
Das Medium, über das die Abwärme transportiert wird, ist
die Abluft der Backstraßen. Diese steigt auf Temperaturen
von bis zu 210 °C an. Die Abluft wird über einen Luft/Wasser-Wärmetauscher geführt und gibt die Wärmeenergie anden sekundärseitigen Wasserkreislauf ab. An dieser Schnittstelle zwischen Prozesswärme und Wärmenutzung setzt dieRegelung an, die in Zusammenarbeit zwischen iNeG undder SAMSON AG entwickelt wurde. Zunächst werden anjeder der 18 Backstraßen der Volumenstrom und die Vor-2

lauftemperatur über ein druckunabhängiges SAMSON-Regelventil mit Sicherheitsrückstellung Typ 2488/5825 geregelt. Die eingespeiste Wärmeenergie wird über einen Wärmemengenzähler erfasst und an ein Automatisierungssystemweitergeleitet. Aufgrund seiner modularen Systemarchitektur
fiel die Entscheidung auf das SAMSON-Automationssystem
TROVIS 6600. Sämtliche Regelungsaufgaben werden dabei
von der zentralen CPU TROVIS 6610 erledigt. An jeder Backstraße ist zudem ein I/O-Modul TROVIS 6620 verbaut. An
diesem werden die Sensoren und die Binärmeldungen derBackstraßen angeschlossen und das Stellsignal für den Antrieb ausgegeben. Sämtliche Informationen werden zwischen CPU und I/O-Modul über einen Bus ausgetauscht.
Diese dezentrale Systemarchitektur ermöglicht es, örtlichverteilte Regelungsaufgaben effektiv und kostengünstig umzusetzen.
HeizhausautomationÜber eine drehzahlgeregelte Pumpe wird die Abwärme derBackstraßen je nach Abnahmesituation entweder direkt ins
Netz eingespeist oder in einen drucklosen Pufferspeicher geleitet. Bei hoher Nachfrage nach Wärme, vor allem morgens
und abends, wird das Wärmenetz mit der Abwärme der Backstraßen versorgt. In Schwachlastzeiten wird hingegen der Pufferspeicher geladen und stellt damit in Spitzenlastzeiten genügend Wärmeenergie zur Verfügung, um eine sichere Versorgung der Endkunden zu gewährleisten. Hierzu verfügt derPufferspeicher über ein Gesamtvolumen für 1000 m³ Wasser
und ist in insgesamt sieben Ladezonen aufgeteilt. Jede Zone ist
mit drei Speicherfühlern ausgestattet und kann bis auf 95 °C
aufgewärmt werden. Die Temperaturverhältnisse werden vom

Automationssystem TROVIS 6600 erfasst und in der Leittechnik
visualisiert. Von einer zentralen Stelle aus kann so der aktuelle
Ladezustand transparent nachvollzogen werden. Um nachträglich die Temperaturverhältnisse im Pufferspeicher zu überprüfen, ist selbstverständlich auch der Zugriff auf bereits archivierte Daten möglich.
Damit eine Unterversorgung des Wärmenetzes ausgeschlossen werden kann, wurde von der iNeG eine Kesselfolgeschaltung in der Planung berücksichtigt. Dabei handelt es sich umzwei Gaskessel mit unterschiedlichen Leistungen. Kessel 1stellt 650 kW und Kessel 2 1900 kW zur Verfügung. Die Freigabe und die Sollwertvorgabe erhalten die Kessel von dem

CPU-Modul TROVIS 6610. Um den Gasbedarf der Kessel
möglichst gering zu halten, wird in Unterversorgungssituationen zunächst der kleinere Kessel freigegeben. Reicht die erzeugte Wärme nicht aus, um die Unterversorgung zu beseitigen, wird auf den zweiten größeren Kessel umgeschaltet. Erst
wenn auch diese Kombination nicht genügend Wärme bereitstellt, werden beide Kessel aktiviert. Sobald von den Backstraßen wieder genügend Wärmeenergie geliefert wird, um dasWärmenetz zu versorgen, wird die Kesselfolge deaktiviert.
Alle Wärmeerzeuger sind mit Wärmemengenzählern ausgerüstet, die über M-BUS ihre Daten an das Automationssystem
TROVIS 6600 weitergeben. Dies ermöglicht zum einen eineWärmetauscher mit primärseitiger Zuführung der Abwärme

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Sonderdruck aus EuroHeat&Power Ausgabe 44. Jg. (2015), Heft 11

transparente Darstellung der Energieflüsse in der Anlage undzum anderen eine einfache und übersichtliche Bilanzierung
der genutzten Energie.
Die erzeugte Wärme wird schließlich über ein SAMSON-Regelventil Typ 3260 mit elektrischem Antrieb Typ 3374 auf diegewünschte Vorlauftemperatur gebracht und in das Nahwärmenetz eingespeist.
Der witterungsgeführte Netzsollwert wird von dem CPU-Modul TROVIS 6610 berechnet und ausgeregelt. Für den Transport der Wärmeenergie vom Heizhaus zu den Nahwärmeübergabestationen beim Endkunden wurden von der iNeG
drehzahlgeregelte Doppelpumpen vorgesehen. Je nach Abnahmesituation ist entweder die kleiner ausgelegte Sommerpumpe oder die größer ausgelegte Winterpumpe in Betrieb.
Die Drehzahl der aktiven Pumpe ist dabei von den Druckverhältnissen am Netzschlechtpunkt abhängig. Dies ist die Nahwärmeübergabestation im Netz, an der der Differenzdruck

Darstellung des Heizhauses – geregelt mit dem CPU-Modul TROVIS 6610

4zwischen primärseitigen Vorlauf und Rücklauf bei maximaler Abnahmeleistung aller angeschlossenen Stationen am
geringsten ist. Dieser Differenzdruck wird über Modbus vondem Automationssystem TROVIS 6600 erfasst und für dieRegelung herangezogen. Der Kunde kann einen frei wählbaren Differenzdrucksollwert einstellen, den das CPU-ModulTROVIS 6610 über einen Regelalgorithmus ausregelt.
Neben den Messwerten wie Temperaturen, Drücken oderWärmemengen erfasst das Automationssystem auch sämtliche Betriebs- und Störmeldungen der eingesetzten Aktoren.
So werden beispielsweise auch die Doppelpumpen auf eingehende Störungen überwacht. Sollte eine Pumpe ausfallen,
schaltet die Regelung automatisch auf die ungestörte Pumpeum und setzt eine Störmeldung per SMS oder E-Mail ab.
Auch die Betriebsstunden werden erfasst und hochgezählt.
So ist es möglich, Wartungsintervalle zu überwachen undanstehende Wartungen per E-Mail an den Netzbetreiber zu
senden. Dies hilft, Ausfallzeiten durch Störungen zu vermeiden und so eine effizientere Betriebsweise zu ermöglichen.
Nahwärmenetz
Am Nahwärmenetz der Venner Energie eG sind derzeit ca.
140 Gebäude angeschlossen. Jedem Kunden wird die Wärmeenergie über eine Nahwärmeübergabestation der Firma EwersHeizungstechnik GmbH geliefert. Die Stationen sind jeweils mit
einem kommunikationsfähigen Heizungs- und Fernheizungsregler des Automationssystems TROVIS 5500 von SAMSONausgestattet.
Die Regler bieten mehr als 70 verschiedene hydraulische Anlagenschemen, so dass nahezu jede sekundärseitige Kundenanlage geregelt werden kann. Dabei werden sämtliche Regelventile und Pumpen angesteuert. Zusätzlich kann der Endkunde Zeitprogramme, Parameter und Sollwerte anpassen.
Alle Übergabestationen sind per Modbus auf eine zentrale
Leittechnik aufgeschaltet. Zum Einsatz kommt dabei die vonder SAMSON AG entwickelte Software TROVIS HEATINGNETWORK XL. Diese ist speziell für Anwendungsfälle inDoppelpumpen zur Förderung der Wärmeenergie in das Nahwärmenetz

Nah- und Fernwärmenetzen ausgelegt und ermöglicht eine
dynamische Aufschaltung von bis zu 480 kommunikationsfähigen Heizungs- und Fernheizungsreglern. Das System liest
das konfigurierte Anlagenschema aus dem Regler aus undzeigt dieses mit allen zugehörigen Messwerten in der Visualisierungsoberfläche an. Der Bediener hat die Möglichkeit,
auf sämtliche Parameter und Sollwerte zuzugreifen, Pumpen
und Ventile zu schalten, Zeitprogramme anzupassen undarchivierte Daten abzurufen. Die integrierte Kundenverwaltung erlaubt es, kundenspezifische Daten stationsbezogen ineiner Datenbank abzulegen. Die Wärmemengen werden aus
den Wärmezählern der Übergabestationen ausgelesen undebenfalls in der Datenbank gespeichert. So kann eine effiziente Abrechnung der gelieferten Wärmemengen erfolgen.
Die Verwaltung der Kunden inklusive dem Zu- und Abschalten neuer Stationen kann vom Netzbetreiber selbst erledigt
werden. Da die sonst hierfür üblichen nachträglichen Serviceeinsätze wegfallen, kann eine wirtschaftliche Netzverwaltung gewährleistet werden. Um auch die Betriebszeiten
der Übergabestationen möglichst hochzuhalten, werden alleangeschlossenen Stationen auf Störmeldungen überwacht.
Sollten Störungen auftreten, werden diese vom System erfasst
und an die Leittechnik weitergegeben. Dies ermöglicht eineschnelle Erkennung und Beseitigung auftretender Probleme.
Um die effiziente Fahrweise des Nahwärmenetzes nachweisen zu können, bietet das TROVIS HEATING NETWORK XL
integrierte Analysefunktionen. So werden beispielsweise derÖffnungsgrad der Primärventile, die Pumpenlaufzeiten oderdie Spreizung zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur imDurchschnitt der letzten 24 Stunden erfasst und sind aus dem
System mit einem Klick abrufbar.
Auch die kundenspezifische Heizhausautomation mit zugehöriger Visualisierung ist im TROVIS HEATING NETWORKXL enthalten. Der Kunde kann entweder auf standardisierte
Regelalgorithmen für Kessel, Blockheizkraftwerke, Pufferspeicher und Netzpumpen zugreifen oder individuelle Funktionsabläufe vorgeben. Diese werden in das System integ-5

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So wird eine kosteneffiziente Realisierung der Anlage ermöglicht, die außerdem im späteren Betriebsablauf standardisiert bedient und angewendet werden kann.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Wärmeauskopplungen aus industriellen Prozessen durch intelligente Lösungen den Unternehmen eine lukrative Möglichkeit bietet,
eigene Kosten zu senken und den Betrieb noch besser auf
die Herausforderungen des Marktes und der Umwelt einzustellen.

Automatisch generiertes Anlagenbild in TROVIS HEATING NETWORK

Innenansicht einer Nahwärme-Kompaktstation

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SAMSON WELTWEIT

Geschichte Über hundert Jahre Wachstum liegen hinter SAMSON. Schon kurz nach der Gründung des Unternehmens 1907
wurden Partnerschaften mit renommierten Handelshäusern in einigen europäischen Ländern geschlossen, um den Vertrieb der Produkte auch über die deutschen Landesgrenzen hinaus sicherzustellen. Stammsitz des Unternehmens ist seit
1916 Frankfurt am Main. Hier wird auf nahezu 150.000 m2 entwickelt und gefertigt, haben Verwaltung und Zentrallager ihren Standort.
Produkte und Märkte Heute ist SAMSON einer der weltweit führenden Hersteller hochwertiger Stellventile und peripherer Geräte für alle
Bereiche der Verfahrenstechnik. Das Einsatzfeld reicht von der Heiz- und Klimatechnik bis zur Anwendung in derGroßchemie. SAMSON ist überall da aktiv, wo Dinge im Fluss sind: Dämpfe, Gase, chemische Substanzen.
Unternehmen SAMSON entwickelt und produziert Stellventile für alle Anforderungen – vom geschmiedeten Kugelhahn bis zum
Bypassventil für die Dampfturbine. SAMSON bietet die gesamte Regeltechnik für die Prozessindustrie, in höchster
Qualität und auf dem neuesten Stand der Innovation.		Ausgestattet mit Peripheriegeräten, beispielsweise Magnetventilen der Tochtergesellschaft SAMSOMATIC, bietet
SAMSON Komplettlösungen aus einer Hand. Mit SAMSON-Stellungsreglern automatisierte Stellventile kommunizierenüber alle gängigen Protokolle und Busse, so dass sie sich nahtlos in die aktuellen Prozessleitsysteme integrieren lassen.		 Bei SAMSON bekommen Sie die gesamte Ventiltechnologie und den Service aus einer Hand.
Weltweit Zusammen mit allen Tochtergesellschaften beschäftigt SAMSON 4.000 Mitarbeiter, durchweg qualifizierte Fachkräfte,mit besonderem Engagement dem Unternehmen verbunden. Mit über 50 weitgehend selbstständigen Tochtergesellschaften und mehr als 220 Vertretungen oder Ingenieur- und Verkaufsbüros ist SAMSON auf allen Kontinenten kundennah vertreten. Jedes Jahr kommen neue Büros hinzu – Ausdruck der starken lokalen Präsenz des Unternehmens.
Produktionsstandorte Frankfurt am Main ist der größte Produktionsstandort von SAMSON. Hier werden die Produkte in unmittelbarer
Nähe zur Entwicklung gefertigt. Dazu kommen Produktionsstätten in China, Frankreich, Indien, in der Türkei und inden USA sowie unsere Tochtergesellschaften AIR TORQUE, CERA SYSTEM, KT-ELEKTRONIK, LEUSCH, PFEIFFER,RINGO VÁLVULAS, SAMSOMATIC, STARLINE, VETEC.

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SAMSON AKTIENGESELLSCHAFT · Weismüllerstraße 3 · 60314 Frankfurt am MainTelefon: 069 4009-0 · Telefax: 069 4009-1507 · E-Mail: samson@samson.de · Internet: www.samson.de8
SMART IN FLOW CONTROL.

2016-02 · WA 352 DE

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