Mit Gas geheizt, obwohl Fernwärme bereitstand.

Ein großer Gebäudekomplex mit mehreren Gebäuden hängt an einer gemeinsamen Wärmeversorgung. Die Grundlast liefert die Fernwärme über zwei Plattenwärmetauscher: einen mit 4,5 MW für den Winter und einen mit 1,5 MW für den Sommer. Dazu stehen drei Gasbrenner bereit.

Die Fernwärme wird von einem Siemens-Regler geführt, der das Primärventil stellt. Die Brenner werden von einem eigenen Kaskadenregler geführt. Beide arbeiten auf denselben Vorlauf, stammen aber von unterschiedlichen Herstellern und aus unterschiedlichen Baujahren. Keiner der beiden weiß, was der andere gerade tut.

Im Winter kamen die benötigten 92 °C nicht an. Woran es lag, zeigte keine Anzeige. Also schaltete jemand am Schaltschrank die Brenner von Hand zu. Der Vorlauf wurde warm, das Problem schien gelöst. Nur fuhr die Fernwärmestation daraufhin ihre Leistung zurück, und am Ende heizte fast nur noch Gas.

Bezahlt wurde dafür doppelt: teures Gas auf der einen Seite, bereitgestellte, aber nicht abgenommene Fernwärme auf der anderen. Gemeinsam mit dem Fernwärmebetreiber überschlagen sind das Zehntausende Euro im Jahr. Eine genaue Zahl gibt es nicht, weil die Werte nie aufgezeichnet wurden. Auch das gehört zum Problem.

Erst sehen: eine Node im Schaltschrank

Wir haben eine ORCA Node in den Schaltschrank der Unterstation gesetzt. Sie liest den Siemens-Regler und den Brennerregler aus und zeichnet alles lückenlos auf, den Regelkreis alle zwei Sekunden. Keine Steuerung wurde ersetzt, keine Anlage umgebaut.

Vom kleinsten Regelkreis bis zur ganzen Anlage

ORCA Sonar wertet die aufgezeichneten Werte fortlaufend aus, für jeden Regelkreis einzeln und für die Anlage als Ganzes. Der Weg vom Befund bis zum Nachweis ist automatisiert. Freigegeben wird jeder Eingriff von einem Spezialisten.

An dieser Anlage hat diese Kette zweimal gegriffen: erst im kleinsten Regelkreis, dann übergeordnet zwischen beiden Steuerungen.

Der kleinste Regelkreis: ein Ventil, das nie zur Ruhe kam

Sonar berechnet für jeden Regelkreis Kennzahlen: wie weit der Istwert vom Sollwert abweicht, wie stark er schwankt, wie viel Weg das Ventil zurücklegt und wie lange der Antrieb läuft. Niemand muss dafür Kurven durchsehen.

Das Primärventil der Fernwärme fiel sofort auf. Der Antrieb war 72 Prozent der Zeit in Bewegung und legte pro Stunde gut den achtfachen Vollhub zurück. Die Vorlauftemperatur schwankte um mehr als 21 Kelvin. Das Ventil schoss über das Ziel hinaus, korrigierte zurück und schoss wieder über, seit Jahren.

Die Ursache. Der Antrieb braucht fünf Minuten, um das Ventil einmal ganz zu öffnen, und die Temperatur folgt noch später. Der Regler korrigierte aber viel zu schnell: Seine Nachstellzeit stand auf 15 Sekunden. Er reagierte damit rund zwanzigmal schneller, als die Anlage antworten kann. Das ist kein Regeln mehr, sondern ein Aufschaukeln, das nie zur Ruhe kommt.

Dazu kam eine Falle für jeden, der hier etwas einstellen will. Die Reglerparameter stehen nicht fest, die Steuerung berechnet sie in jedem Zyklus neu aus dem Differenzdruck. Wer den Wert direkt am Regler ändert, sieht ihn nach 32 Millisekunden wieder überschrieben. Man muss also wissen, an welcher Stelle die Änderung überhaupt wirkt.

Der Eingriff. Geändert wurde ein einziger Wert in der bestehenden Siemens-Steuerung: die Nachstellzeit, von 15 auf 300 Sekunden. Danach wurde eine Stunde gemessen.

Der Nachweis. Dann kam der Schritt, der oft fehlt. Die alte Einstellung wurde wiederhergestellt und noch einmal eine Stunde gemessen, bei nahezu gleicher Wärmeabnahme (189 gegenüber 185 Kilowatt). Erst diese Gegenprobe zeigt, dass der Unterschied von der Einstellung kommt und nicht vom Wetter oder vom Verbrauch.

Die Fernwärme gibt ihre Leistung jetzt gleichmäßig ab, und der Ventilantrieb wird erheblich geschont. Ein Ventil, das seine Stellung hält, überträgt die Leistung dauerhaft. Ein pendelndes erreicht sie nur für Augenblicke.

Die ganze Anlage: zwei Regler, die nie miteinander gesprochen haben

Ein ruhiges Ventil allein löst das Problem nicht. Beide Regler führen die Vorlauftemperatur, nur messen sie nicht dieselbe. Die Fernwärmestation misst direkt an ihrem Wärmetauscher. Der Brennerregler misst erst dahinter, im gemeinsamen Abgang des Verteilers, wo das Wasser schon etwas kühler ist.

Jeder Regler für sich arbeitet einwandfrei, und trotzdem arbeiten sie gegeneinander. Dazu waren die Sollwerte der Fernwärmestation fest auf 82 und 84 °C eingestellt, während das Gebäude rund 92 °C braucht. Die Fernwärme wurde also nie danach gefragt, mehr zu liefern.

Der Kern: eine vSPS bringt beide in Einklang

Die Entscheidung, welche Wärmequelle wann führt, gehört in keinen der beiden Regler, denn keiner weiß vom anderen. Sie liegt jetzt in der virtuellen SPS von ORCA. Die Logik läuft auf der Node vor Ort und greift nur über Sollwert-Vorgaben ein. Beide Erzeuger arbeiten damit auf denselben Istwert hin, nämlich auf die Temperatur, die im Gebäude tatsächlich ankommt.

Auf der Oberfläche stehen vier Betriebsarten zur Wahl: nur Fernwärme, nur Brenner, Fernwärme priorisieren oder Brenner priorisieren. In den Vorrang-Betriebsarten hält ORCA einen einstellbaren Abstand zwischen den Sollwerten, damit nicht zwei Regler um dieselbe Temperatur kämpfen. Die Fernwärme läuft zuerst und bis an ihre Grenze, Gas kommt nur dazu, wenn es wirklich fehlt. Kein Erzeuger verdrängt mehr den anderen.

Jeder Wechsel der Betriebsart wird protokolliert, denn er entscheidet, ob Gas oder Fernwärme verbraucht wird. Die Handschaltung am Schaltschrank bleibt als letzte Rückfallebene unangetastet.

Was es gekostet hat, und was es bringt

Hardware und Engineering kosteten zusammen 14.000 Euro. Ersetzt oder umgebaut wurde nichts. Nach dem gemeinsamen Überschlag mit dem Fernwärmebetreiber ist dieser Betrag voraussichtlich innerhalb der ersten Heizperiode gedeckt. Die Messung im Winter wird es zeigen.

Weniger Gas bedeutet auch weniger Emissionen: Das Einsparpotenzial liegt bei rund 20 Tonnen CO₂ pro Jahr. Die genaue Zahl liefert die erste Heizperiode.

Was noch offen ist

Alle Messungen entstanden im Sommerbetrieb bei Lasten zwischen 140 und 620 Kilowatt. Die Wirkung auf Regelgüte und Verschleiß ist damit belegt. Wie viel Spitzenleistung die Fernwärme im Winter zusätzlich überträgt, lässt sich bei dieser Last nur herleiten. Deshalb wird die Messreihe in der Heizperiode wiederholt, mit demselben Verfahren und denselben Kennzahlen.

Was daran übertragbar ist

Kaum eine Anlage wird nach der Inbetriebnahme noch einmal systematisch ausgewertet. Regelkreise werden einmal eingestellt und laufen dann jahrelang. Und wo mehrere Steuerungen im Spiel sind, arbeitet jede für sich. Was dabei verloren geht, steht auf keiner Anzeige und kostet trotzdem jeden Tag Geld. ORCA Sonar findet solche Stellen, vom einzelnen Regelkreis bis zum Zusammenspiel der ganzen Anlage, und verbessert sie in den Geräten, die bereits da sind.

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