Anlagen-EKG – Betriebsoptimierung durch messtechnische Analyse

Der deutsche Heizungsbestand weist weiterhin einen erheblichen Modernisierungs- und Optimierungsbedarf auf. Nach der aktuellen BDEW-Studie „Wie heizt Deutschland 2023?“ beträgt das Durchschnittsalter der Heizungsanlagen in deutschen Wohnungen 13,9 Jahre. 21,1 % der Anlagen sind jünger als fünf Jahre, während 33,5 % bereits 20 Jahre oder älter sind. Bei Ölheizungen liegt das Durchschnittsalter mit 17,7 Jahren noch deutlich höher.
Quelle: BDEW, „Wie heizt Deutschland 2023?“

Neben Alter und Bauart einer Heizungsanlage hat insbesondere deren tatsächliches Betriebsverhalten erheblichen Einfluss auf den Energieverbrauch. In der Praxis sind Wärmeerzeugung, Wärmeverteilung, Wärmeübergabe und Regelung nach Errichtung oder Veränderung einer Anlage häufig nicht optimal aufeinander abgestimmt. Mögliche Folgen sind beispielsweise überhöhte Systemtemperaturen, ungünstige Heizkurven, unnötig hohe Pumpenleistungen, hydraulische Probleme, häufiges Takten des Wärmeerzeugers oder nicht bedarfsgerechte Betriebszeiten.

Für Anlagenbetreiber können sich daraus erhebliche Möglichkeiten zur energetischen Optimierung ergeben. Besonders interessant sind dabei nichtinvestive und geringinvestive Maßnahmen, mit denen sich der Anlagenbetrieb verbessern lässt, ohne unmittelbar den Wärmeerzeuger oder die gesamte Heizungsanlage ersetzen zu müssen. Dass im Gebäudebestand weiterhin erhebliche Einsparpotenziale bestehen, bestätigt auch der Heizspiegel 2025. Nach Auswertung von mehr als 90.000 Gebäudedaten sieht co2online bei rund 90 % der Haushalte Einsparpotenzial und beziffert dieses im Durchschnitt auf etwa 400 Euro pro Jahr.
Quelle: co2online, Heizspiegel für Deutschland 2025.

Verfahren

Eine methodische Grundlage für die energetische Untersuchung bestehender Heizungsanlagen bietet die DIN EN 15378-1:2017-09 „Energetische Bewertung von Gebäuden – Heizungsanlagen und Trinkwassererwärmung in Gebäuden – Teil 1: Inspektion von Kesseln, Heizungsanlagen und Trinkwassererwärmung“. Die Norm beschreibt Inspektionsverfahren zur Beurteilung der Gesamtenergieeffizienz bestehender Wärmeerzeuger und Heizungsanlagen. Einbezogen werden unter anderem Wärmeerzeugung und Regelung, Wärmeverteilung, Wärmeübergabe, Raumheizungsregelung, Wärmespeicherung und Trinkwassererwärmung.
Quelle: DIN Media, DIN EN 15378-1:2017-09.

Das ratioservice Anlagen-EKG überträgt diesen systemischen Ansatz auf eine messtechnisch gestützte Analyse des tatsächlichen Anlagenbetriebs. Im Gegensatz zu einer reinen zeitpunktbezogenen Bestandsaufnahme werden relevante Betriebsparameter über einen repräsentativen Messzeitraum von mindestens 24 Stunden kontinuierlich erfasst und anschließend durch ein computerunterstütztes Expertensystem ausgewertet.

Damit können nicht nur der Zustand einzelner Komponenten, sondern insbesondere deren Zusammenwirken im realen Anlagenbetrieb untersucht werden. Ziel ist es, regelungs-, hydraulik- und komponentenbedingte Auffälligkeiten zu erkennen, energetische Schwachstellen zu lokalisieren und daraus konkrete Optimierungsmaßnahmen abzuleiten.

Je nach Anlagenkonfiguration und Aufgabenstellung können unter anderem der Nutzungsgrad der Wärmeerzeugung, das Betriebs- und Regelungsverhalten, Systemtemperaturen, Lauf- und Stillstandszeiten, Taktverhalten sowie weitere energetisch relevante Betriebsparameter bestimmt und bewertet werden. Auf dieser Grundlage können das anlagentechnisch bedingte Energieeinsparpotenzial abgeschätzt und konkrete Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz entwickelt werden.

Mit dem messwertgestützten mobilen Datenerfassungs- und Auswertesystem ratioservice Anlagen-EKG steht damit ein Verfahren zur Verfügung, das die punktuelle Anlageninspektion um eine zeitaufgelöste Diagnose des tatsächlichen Betriebsverhaltens erweitert.

Ablauf

Der Mess- und Analyseprozess beginnt mit der strukturierten Aufnahme der Anlagen- und Gebäudedaten sowie der Installation der mobilen Messtechnik. Art und Anzahl der Messstellen werden entsprechend der Anlagenkomplexität und der jeweiligen Analysezielsetzung festgelegt.

Über einen typischen Messzyklus von mindestens 24 Stunden werden die relevanten Betriebsparameter kontinuierlich erfasst. Bei verbrennungsbasierten Wärmeerzeugern können hierzu beispielsweise Abgasparameter sowie Vor- und Rücklauftemperaturen gehören. Ergänzend werden je nach Anlage Temperaturen der Heizkreise und Verbraucher, Außentemperatur und Referenzraumtemperaturen sowie weitere für die Anlagenbewertung erforderliche Messgrößen aufgezeichnet.

Die Messwerte werden beim Anlagen-EKG in kurzen Zeitintervallen – typischerweise im 12-Sekunden-Takt – erfasst. Dadurch entsteht ein hochaufgelöstes Bild des tatsächlichen Anlagenbetriebs über unterschiedliche Betriebszustände und Lastsituationen.

Auf Grundlage dieser Daten erfolgt eine computerunterstützte Expertenanalyse. Dabei werden Messdaten und Anlagenparameter miteinander verknüpft und hinsichtlich des Betriebsverhaltens von Wärmeerzeugung, Wärmeverteilung und Wärmeübergabe bewertet.

Die Ergebnisse werden in einem Expertenanalyse-Gutachten dokumentiert. Dieses beschreibt festgestellte Anlagenprobleme, bewertet deren energetische Auswirkungen und zeigt konkrete Optimierungsmaßnahmen auf Komponenten- und Systemebene auf.

Das Anlagen-EKG schafft damit eine belastbare Grundlage, um Energieverbrauch und Betriebskosten zu reduzieren, die Effizienz bestehender Anlagentechnik zu verbessern und CO₂-Emissionen zu senken, ohne dass hierfür zwangsläufig unmittelbar größere Investitionen in eine neue Wärmeversorgung erforderlich sind.

Zur Vorbereitung einer zielführenden Optimierung, Sanierung, Modernisierung oder eines Energieträgerwechsels erfolgt nach der Messwerterfassung eine softwarebasierte Analyse mit Hilfe des ratioservice-Expertensystems. Das "Anlagen-EKG" entspricht im Modell dem aus der Medizin bekannten EKG. Im Ergebnis liefert das Anlagen-EKG eine grafische Darstellung des Betriebsverhaltens der Anlage.

Die grafische Darstellung der Messwerte ermöglicht die Bewertung der Anlage und ist die Ausgangsbasis für den weiteren Auswertungsprozess. Mit Hilfe des interaktiven Expertensystems werden die Messwerte im Rahmen der Expertenanalyse hinsichtlich erkennbarer Anlagenmängel analysiert. Das Expertensystem ist in der Lage ca. 120 unterschiedliche Anlagenmängel regelbasiert zu erkennen.

Die im Rahmen der Messung detektierten Anlagenmängel und energetisch ungünstigen Betriebszustände werden hinsichtlich ihrer Ursachen und ihres möglichen Einflusses auf den Energieverbrauch bewertet. Den festgestellten Schwachstellen werden anlagenspezifische Optimierungsempfehlungen zugeordnet. Dabei unterscheiden wir zwischen nichtinvestiven Maßnahmen, geringinvestiven Maßnahmen sowie investiven Maßnahmen, die insbesondere im Zusammenhang mit einer Modernisierung oder einem Ersatz der Wärmeversorgung relevant werden können.

Ergebnis und Einsatz

Die im Rahmen der Expertenanalyse erstellte Expertise dokumentiert und bewertet die wesentlichen Anlagen- und Betriebsparameter sowie das tatsächliche Zusammenspiel von Wärmeerzeugung, Wärmeverteilung und Wärmeübergabe. Sie gibt unter anderem Aufschluss über Systemtemperaturen, Regelungsverhalten und hydraulische Auffälligkeiten und kann – abhängig von Anlagenkonfiguration, Messumfang und Messbedingungen – Aussagen zur realen Heizlast bzw. zum Gebäudeanschlusswert ermöglichen.

Auf Grundlage der zeitaufgelösten Messdaten werden optimierte Einstellparameter, beispielsweise für Heizkurven, Systemtemperaturen, Betriebszeiten und Pumpeneinstellungen, abgeleitet. Bei geeigneten Anlagen kann darüber hinaus der Nutzungsgrad der Wärmeerzeugung messtechnisch bestimmt und damit die tatsächliche energetische Effizienz des Wärmeerzeugers unter realen Betriebsbedingungen bewertet werden.

Aus der Analyse der festgestellten Betriebszustände und Optimierungsmöglichkeiten wird das objektspezifische Energieeinsparpotenzial abgeschätzt. Damit erhält der Anlagenbetreiber bzw. Gebäudeeigentümer eine belastbare Grundlage, um die empfohlenen Maßnahmen gezielt umzusetzen und den Anlagenbetrieb energetisch zu optimieren.

Nach Durchführung der Optimierungsmaßnahmen kann deren Wirkung durch einen Optimierungscheck überprüft werden. Dabei werden die veränderten Betriebsparameter und – soweit die Randbedingungen dies zulassen – die erzielten energetischen Verbesserungen bewertet. Für Anlagen, bei denen eine kontinuierliche Überwachung wirtschaftlich oder betrieblich sinnvoll ist, kann die punktuelle Analyse durch ein permanentes Monitoring ergänzt werden. Dadurch lassen sich Abweichungen vom optimierten Anlagenbetrieb frühzeitig erkennen und die erreichte Energieeffizienz langfristig sichern.

Das ratioservice Anlagen-EKG orientiert sich an dem systemischen Inspektionsansatz der DIN EN 15378-1. Die aktuelle DIN EN 15378-1:2017-09 umfasst die energetische Inspektion von Wärmeerzeugern, Heizungsanlagen und Trinkwassererwärmung. Dabei werden neben Wärmeerzeugung und Regelung auch Wärmeverteilung, Wärmeübergabe, Raumheizungsregelung, Wärmespeicherung und Trinkwassererwärmung betrachtet. Das Anlagen-EKG erweitert eine solche Anlagenbetrachtung um eine zeitaufgelöste messtechnische Analyse des tatsächlichen Betriebsverhaltens.

Das Verfahren kann bei unterschiedlichen Wärmeversorgungssystemen eingesetzt werden. Hierzu gehören brennstoffbefeuerte Ein- und Mehrkesselanlagen, Fern- und Nahwärmeanlagen sowie Wärmepumpensysteme. Art und Umfang der Messung werden dabei an die jeweilige Anlagenstruktur und die konkrete Analyseaufgabe angepasst.

Das ratioservice Anlagen-EKG wird in unterschiedlichen Gebäudetypen und Anwendungsbereichen eingesetzt, darunter Wohnanlagen, Hotels, Krankenhäuser und Pflegeeinrichtungen, Schulen, Schwimmbäder, Verwaltungsgebäude sowie Gewerbe- und Industriebetriebe. Ziel ist es, die tatsächliche Energieeffizienz der Wärmeversorgung zu bewerten, energetisch ungünstige Betriebszustände und Anlagenmängel zu erkennen und insbesondere durch nichtinvestive und geringinvestive Optimierungsmaßnahmen zu beseitigen.

Aus den bisherigen Anwendungen des ratioservice Anlagen-EKGs ergeben sich nach unseren Projekterfahrungen durch nichtinvestive und geringinvestive Maßnahmen Einsparpotenziale in einer Größenordnung von durchschnittlich etwa 10 %. Die tatsächlich erzielbare Einsparung ist objektspezifisch und hängt insbesondere vom Ausgangszustand der Anlage, ihrem bisherigen Betrieb, der Nutzung des Gebäudes und den umgesetzten Optimierungsmaßnahmen ab.

Grundlage für Modernisierung und Anlagenersatz

Das Anlagen-EKG kann auch vor einer Modernisierung oder dem Ersatz einer Wärmeversorgung eingesetzt werden. Die messtechnische Erfassung des tatsächlichen Betriebs liefert wichtige Informationen über benötigte Systemtemperaturen, Lastverläufe und den realen Wärmebedarf des Gebäudes. Diese Daten können eine wertvolle Grundlage für die Auswahl und Dimensionierung eines zukünftigen Wärmeerzeugers bilden.

Dies ist insbesondere bei der Umstellung auf Wärmepumpen oder hybride Wärmeversorgungssysteme von Bedeutung. Die Kenntnis der tatsächlich erforderlichen Vorlauftemperaturen und Lastverhältnisse ermöglicht eine fundiertere Beurteilung, ob und unter welchen Voraussetzungen ein bestehendes Gebäude für den effizienten Einsatz einer Wärmepumpe geeignet ist.

Auch bei Contracting-Projekten und größeren Investitionsentscheidungen kann die messtechnische Bestimmung des tatsächlichen Anlagenbetriebs die Planungs- und Investitionssicherheit erhöhen und das Risiko einer Überdimensionierung des neuen Wärmeerzeugers reduzieren.

Unterstützung bei Prüfung und Optimierung nach § 60b GModG

Das Anlagen-EKG kann darüber hinaus die fachkundige Prüfung und Optimierung älterer Heizungsanlagen nach § 60b GModG unterstützen. Die gesetzliche Heizungsprüfung betrachtet unter anderem die energieeffiziente Einstellung der technischen Parameter, die Effizienz der Heizungspumpen, die Dämmung von Rohrleitungen und Armaturen sowie Möglichkeiten zur Absenkung der Vorlauftemperatur.

Durch die zeitaufgelöste messtechnische Analyse geht das Anlagen-EKG über eine rein punktuelle Betrachtung hinaus. Es ermöglicht, das tatsächliche Betriebsverhalten einer Wärmeversorgung über unterschiedliche Betriebszustände zu erfassen, Ursachen energetischer Fehlfunktionen zu identifizieren und geeignete Optimierungsmaßnahmen abzuleiten.

Damit verbindet das ratioservice Anlagen-EKG drei Anwendungsbereiche:

Analyse des tatsächlichen Anlagenbetriebs – Optimierung der bestehenden Wärmeversorgung – fundierte Vorbereitung zukünftiger Modernisierungsentscheidungen.

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