Projekttreffen STEP auf dem Firmengelände von ATS - Agro Trading & Solutions in Hardegsen (Foto: DBFZ)

WärmeBiogasValidierung MarktpotenzialBiomassevergasungBiomassefeuerungSystemintegration

FKZ-Nr. 03KB162

VEMS - Intelligentes Verbrennungs- und Energiemanagementsystem für eine effiziente und schadstoffarme Bereitstellung und Nutzung von Wärme aus Biomasseheizkesseln (VEMS)

VEMS - Intelligentes Verbrennungs- und Energiemanagementsystem für eine effiziente und schadstoffarme Bereitstellung und Nutzung von Wärme aus Biomasseheizkesseln (Quelle: DBFZ)

Dauer

  • 01.01.2020 - 31.12.2021

Kontakt

Fraunhofer Institut für Bauphysik (IBP)
Nobelstraße 12
70569 Stuttgart

Dr.-Ing. Mohammad Aleysa – Projektleiter
Telefon : +49 (0)711 970-3455
E-Mail: mohammad.aleysa‍@‍ibp.fraunhofer.de

Partner

03KB162B - Sabo Elektronik GmbH

Assoziierte Partner

Kooperationspartner

Unterauftragnehmer

Ergebnisse

Geplante Ergebnisse:

  • Anlageebene: Technikum, Pilotanlage, Nachrüstung Bestandsanlage
  • Konzeptebene: Anlagenkonzept
  • Datenebene: Modelle/Modellierung, Datenbank, Messreihe/Programm, Software
  • Marktebene: Patent, Lizenz, Marktreife Komponenten 
  • Sonstiges: Strategie, Evaluation, Beitrag zu Richtlinien, Normen oder Standards
  • Weitere: System für die Effiziente Wärmebereitstellung inklusive Nutzung

Thema

Eine hohe Effizienz eines Heizsystems ergibt sich aus einer effizienten bedarfsgerechten Produktion und Nutzung der Wärme. Je komplexer und langsamer die Wärmebereitstellung bzw. der Verbrennungsprozess im Heizkessel erfolgt, desto höher wird der Bedarf eines intelligenten Verbrennungs- und Energiemanagementsystems, welches sowohl eine ökologische und ökonomische Energieproduktion als auch die anschließende effiziente Energienutzung sicherstellen kann. Während Gas-, und Heizölheizkessel innehrhalb von Sekunden ohne erhöhte Emissionen starten und innerhalb von wenigen Minuten ihre thermische Nennwärmeleistung erreichen, benötigen Biomasseheizkessel je nach Leistung und Typ bis zu einer Stunde, um den Verbrennungsprozess in Gang zu setzen und nutzbare Wärme, aufgrund der enormen Masse des Heizkessels (bis zu einer Tonne Materialmasse bei einem Heizkessel mit einer thermischen Leistung von 50 kW), bereitzustellen. Aus diesem Grund ist der Betrieb der Biomasseheizkessel in Kombination mit Wärmepufferspeichern in vielen Fällen erforderlich bzw. empfohlen. Wärmepufferspeicher sollen dazu beitragen, dass die Biomasseheizkessel möglichst nur bei Nennlast fahren, bei der in der Regel niedrige Emissionen sowie ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden können. Zwar kann der Betrieb der Biomasseheizkessel in Kombination mit Pufferspeichern zu einer sachgemäßen Verbrennung führen, jedoch hat diese Variante nicht unbedingt die effiziente Nutzung der produzierten und gespeicherten Wärme zur Folge. Gemäß dem Stand der Technik entstehen Wärmeverluste insbesondere bei der Verbrennung aufgrund einer ungünstigen Betriebsweise als auch im Standby-Modus des Heizkessels sowie des Pufferspeichers.

Ziele

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens soll eine neue Regelungstechnologie für Biomasseheizkessel (VEMS – Verbrennungs- und Energiemanagementsystem für eine effiziente und schadstoffarme Bereitstellung und Nutzung von Wärme aus Biomasseheizkesseln) entwickelt und erprobt werden. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Reglern soll die Regelung der Energiebereitstellung bei der VEMS-Technologie nicht über die Temperatur im Pufferspeicher, sondern über den tatsächlichen Energiebedarf im Gebäude erfolgen, welcher auf Basis von energetischen Berechnungen nach DIN V 18599, DIN V 4108-6 und DIN V 4701-1 festgestellt und durch die Einstellung der thermischen Leistung des modulierbaren Biomasseheizkessels gedeckt wird. Die VEMS-Technologie soll so entwickelt werden, dass die gewünschte Verbesserung der Effizienz im gesamten Gebäude unabhängig von der Art und den Eigenschaften der Gebäude erreicht werden kann. Bei der Bereitstellung der thermischen Leistung soll zudem die Energie aus anderen erneuerbaren Energien (z. B. Solarthermie, Geothermie usw.) im Gebäude berücksichtigt werden, wobei nur so viel Brennstoff verbrannt werden soll, wie für die Deckung des Energiebedarfs tatsächlich benötigt wird.

Maßnahmen

Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP

  • Ausführliche Recherche über die Anforderungen für den Einsatz von Reglern für Biomasseheizkessel in Wohngebäuden,
  • Entwicklung eines Systems für die effiziente und kombinierte Wärmebereitstellung in Wohngebäuden auf Basis unterschiedlicher Wärmebereitstellungstechnologien,
  • Aufbau einer technischen Versuchseinrichtung und Validierung des Gesamtsystems im Dauerbetrieb.

Sabo Elektronik GmbH

  • Entwicklung von technischen Szenarien für die Umsetzung von Energiemanagementsystemen,
  • Entwicklung einer technischen Struktur für die Anwendung von Reglern zur effizienten Wärmebereitstellung in Wohngebäuden,
  • Simulationen und Dauererprobung mit der entwickelten Software.

Schwerpunkte

Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP

  • Entwicklung von Verfahren für die effiziente Wärmebereitstellung beim Betrieb von Biomasseheizkesseln,
  • Verknüpfung und Integration von Wärmespeicher- und Wärmebereitstellungstechnologien,
  • Betreuung der Praxisuntersuchungen

Sabo Elektronik GmbH

  • Entwicklung einer intelligenten Hard- und Softwarestruktur
  • Durchführung von Prozesssimulationen
Hydraulische Bindung der Wasserkreisläufe des Heizsystems mit der Sekundärwärmespeicherung für den Standby-Modus (Quelle: IBP)
Das regelungstechnische Konzept für eine bedarfsgerechte Wärmeproduktion in Biomasseheizkesseln (Quelle: IBP)

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