Mess- und Monitoringprogramm zur Betriebsüberwachung und -optimierung

Bild 3. Auswertung von drei Januar- und Maitagen

Bild 3. Auswertung von drei Januar- und Maitagen (Quelle: Lagom.Energy GmbH)

Im Rahmen einer wissenschaftlichen Begleitung wurde vom Lehrstuhl Energietechnik der Universität Duisburg-Essen und der Lagom-Energy GmbH ein Monitoring für die Betriebszeit von Oktober 2019 bis Juli 2020 durchgeführt. So werden an verschiedenen Stellen sowohl auf Seiten der Wärmequelle als auch der Wärmesenke Werte wie Temperaturen, Drücke, Durchflüsse usw. mit einer Auflösung von bis zu 5 s aufgenommen. Ebenso werden die thermische Nutzleistung, die elektrische Leistungsaufnahme und der resultierende COP hochauflösend dargestellt. Über ein selbst entwickeltes, python-basiertes Programm kann die Vielzahl an Daten in beliebige Auflösungen überführt und anschließend grafisch dargestellt und ausgewertet werden.

Bild 3 zeigt die Klärwassertemperatur sowie den COP für einen Zeitraum von drei Tagen je Anfang Januar und Anfang Mai. Der Übersichtlichkeit halber wurden aus den hochaufgelösten Messwerten Werte in stündlicher Auflösung erzeugt. Es wird deutlich, dass die Temperatur der Wärmequelle im Mai im Mittel die Temperatur im Januar um knapp 2,6 °C übersteigt. Da auf diese Weise der durch die Wärmepumpe zu leistende Temperaturhub verringert wird, kann ein höherer COP erzielt werden (im betrachteten Zeitraum um knapp 8,5 %). Ebenso lässt sich anhand von Bild 3 erkennen, dass die Temperatur der Wärmequelle, trotz Verlusten in der Zulaufleitung von Klärwerk zur Wärmepumpe, im Januar nur selten unterhalb von 11 °C liegt und in den Sommermonaten mit steigender Außentemperatur deutlich steigt. Demnach eignet sich das Abwasser von Kläranlagen gut als erneuerbare Wärmequelle zur Einbindung in ein Wärmenetz.

Bei einer langfristigen Betrachtung konnte festgestellt werden, dass die thermische Nutzleistung der Wärmepumpe mit zunehmender Betriebsdauer abnahm. Grund hierfür war eine bei der Planung nicht absehbare Verschmutzung des Verdampfers durch das gereinigte Klärwasser, in dem auch nach dem Klärprozess neben Eisenphosphat noch weitere biologische Schwebstoffe enthalten waren. Durch die Verringerung der effektiven Wärmeübertragerfläche sank ebenfalls die thermische Leistung. Mit dieser Erkenntnis konnte die Dauer eines planmäßigen Umbaus des Klärwerks in den Sommermonaten genutzt werden, um entsprechende Filteranlagen zu testen und nachzurüsten.

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