Bidirektionales kaltes Nahwärmenetz

Arnold Schmid, Vorstand Wärme Bürger-Energie Fischerbach und Geschäftsführer innovatiovSchmid lud zu einer Besichtigung ein: „2011 als Bürger-Energie Fischerbach eG gegründet, war das Ziel der Genossenschaft, eine energieautarke Wärmeversorgung für die gesamte Gemeinde auf den Weg zu bringen.

„Mit der Ausschreibung des Baugeländes Sonnenmatte unterbreiteten wir der Kommune unseren Entwurf des bKWN-Eissystems. Da diese Technik in dieser Größenordnung in Deutschland noch nicht realisiert wurde, stießen wir bei den Verantwortlichen zuerst auf Skepsis. Wenig später erhielten wir jedoch eine große Unterstützung. Das Projekt überzeugte Kommune und Investoren: Die erlassene Anschlusspflicht gab der Genossenschaft die notwendige Planungssicherheit“, erklärt Arnold Schmid.

Seit der Inbetriebnahme des Nahwärmenetzes arbeitet innovativSchmid gemeinsam mit seinen Partnern an der Entwicklung neuer dezentraler Energiekonzepte, die die Bestandsgebäude genauso zuverlässig und effi­zient mit Wärme versorgen wie die Neubauten im bereits fertig gestellten Wärmnetz.

Delegation aus Finnland zeigt sich beeindruckt

Für Lasse Haaranen von der städtischen Gewerbeimmobilien Joensuun GmbH rückt das Ener­gie­kon­zept zunehmend in den Vordergrund bei der Standortwahl. Die Fischerbacher Lösung hat gezeigt, wie sich TGA-Fachplaner mit Experten vernetzen können und so neue Konzepte von der Energiespeicherung, Kreislaufnutzung, dem Energie­recycling bzw. der Abwärmenutzung umsetzen, so Lasse Haaranen und ergänzt: „Bei der Ansiedlung und Standortwahl neuer Unternehmen im Gewerbegebiet stellt das Energiekonzept zunehmend einen Wettbewerbsvorteil dar. Neben energetischer Betrachtung sind auch Mehrwertschöpfungen, wie die Einbindung weiterer stofflicher Symbiosen zwischen den Unternehmen entscheidend. Das Ziel unserer Stadtplanung ist daher die Schaffung energieautarker Greenparks, die den Namen wirklich verdienen. Im Gewerbegebiet Joensuun mit einer Fläche von 60.000 m² sind wir bereits auf einem guten Weg.“

Martin Brandt, Inhaber FinDera Consulting, initiierte den Besuch der finnländischen Delegation mit elf Teilnehmern aus der Stadt Joensuun und berichtet, dass in Finnland generell alle Städte mit Fernwärme ausgestattet sind.

„Die Stadt Joensuun plant eine Erweiterung des Gewerbe­gebiets und sprach mich auf nachhaltige und ressourcenschonende Innovationen in Deutschland an“, so Innovationsberater Martin Brandt. Diese Erweiterung soll durch symbiotische Beziehungen zwischen den Unternehmen geprägt sein, sowohl energetisch als auch stofflich. Diese Symbiosen schaffen einzigartige Synergien und Wettbewerbsvorteile sowohl für die ansässigen und kommenden Mieter als auch für die Stadt Joensuu als Standort. Hinzu kommen Industrie-4.0-Ansätze. Das Gesamtkonzept sei als solches im Kontext eines Gewerbegebietes einzigartig, betonte Martin Brandt. Neben der Planung eines neuartigen, dezentralen, bidirektionalen Wärmenetzes stehe auch die Prüfung weiterer Möglichkeiten zur Einbindung vorhandener Wärmequellen zur Diskussion.

„In der Fischerbacher Wohnsiedlung konnten sich Unternehmer und Politiker aus Joensuun erstmals von der Funktionsweise eines in Betrieb befindlichen bidirektionalen Nahwärmenetzes mit Unterstützung eines Eisspeichers überzeugen und waren positiv überrascht. Ziel sei es nun, bis 2025 alle im Gewerbegebiet angesiedelten Unternehmen mit autarker Energie zu versorgen. Das Wärmenetz, ggf. auch mit einem Eisspeicher, könnte bereits 2017/2018 realisiert sein. Es laufen derzeit auch Verhandlungen, die überschüssige Energie in das kommunale Versorgungsnetz zu speisen“, beschreibt Martin Brandt die weiteren Pläne.

Klimatisierung durch Kreislaufnutzung

Die Funktionsweise des b-KWN ist rasch erklärt: Das Rohrleitungssystem wird als Ringleitung mit PE-Kunststoffrohren nach dem Prinzip eines offenen, passiven Systems verlegt.Damit neben den geringen Betriebstemperaturen 0 °C bis +25 °C auch geothermische Effekte zusätzlich nutzbar gemacht werden können, wurden die Rohrleitungen ohne Wärmeschutzisolierung verlegt. Dieser Temperaturbereich ermöglicht optimale Betriebsbedingungen für handelsübliche Sole-/Wasser-Wärmepumpen. Modernste Wärmepumpen können reversibel arbeiten, was neben der Beheizung auch eine sommerliche Temperierung (Raumklimatisierung) der Gebäude ermöglicht.

Das bKWN-System ist ein „passives Netz“ und benötigt somit keine elektrische Antriebsenergie für Förderpumpen. Die erforderlichen Volumenströme werden ausschließlich von den Wärmepumpen (WP) und internen Sole-Umwälzpumpen übernommen. Das bKWN-Eissystem dient auch als Puffer für Lastspitzen beim Verbrauch und der Netzeinspeisung. Mit der Wärmemenge bzw. Wassertemperatur in der Sole-Ringleitung (bKWN) „ernten“ die WP die erforderliche Energiemenge. Diese wird dann nach dem WP-Prozess auf einem höheren Temperaturniveau dem Gebäude als Heizenergie und zur Warmwasserbereitung zur Verfügung gestellt. Das niedrige Temperaturniveau versetzt das Netz in die Lage, diesen Prozess zu unterstützen, indem es Wärme aufnehmen und ggf. überflüssige Wärme über die Absorber an die Umwelt emittieren kann (Notkühlfunktion zum Schutz einer Eisspeicher­überhitzung).

„Klimatisierung durch Kreislaufnutzung“

Bei einem bKWN wird die Energie bei niedriger Temperatur einem Phasenwechselspeicher (dem Eisspeicher) entzogen und mittels nicht wärmeschutzisolierter Kunststoffrohre (Sole-Ringleitung als passives System) an die angeschlossenen Verbraucher durch dezentrale Pumpen verteilt. Über dezentrale Wärmepumpen wird die Wärmeversorgung sichergestellt. Dabei wird neben der fühlbaren auch die latente Wärme genutzt. Also die Kristallisationsenergie von Wasser bei 0 °C, die etwa 92 Wh/kg beträgt. Somit entspricht die Energie von 120 l Eis etwa der Energie von 1 l Heizöl. Die Regeneration des Phasenwechselspeichers kann über geothermische Effekte, Netzeinspeisung der Kühlenergie aus den Gebäuden im Sommer sowie Umweltenergieabsorber oder die Kombination aus (u.a.) diesen Komponenten erfolgen. Mit dieser Technologie wird nur noch ein Bruchteil an Energieaufwand benötigt, um ganze Siedlungen ganzjährig zu temperieren. Da der gesamte Untergrund als Speicher fungieren kann, treten nur marginale Verluste auf.

Die Flexibilität des Phasenwechselspeichers ermöglicht auch weitere Kombinationen mit anderen Technologien. Der hydraulische Abgleich und netzseitige Druckverluste werden „selbstregelnd“ und dynamisch durch dezentrale Pumpen abgefangen. Um auftretende Druckverluste überwinden zu können, müssen diese entsprechend dimensioniert werden.

Fazit

„Der Besuch aus Finnland zeigt das große Interesse an dezentralen Lösungen über die Landesgrenzen hinaus. Mit der Entwicklung des Systems und gemachten Erfahrungen haben wir uns einen praktischen Wissensvorsprung erarbeitet. Als Kompetenzzentrum geben wir dieses Wissen gern an Fachplaner und Architekten weiter“, so Arnold Schmid.

Interessant für Claus H. Ottensmeier ist die gemeinsame Entwicklung auch deshalb, weil seine entwickelte Funktionsfassade auch in Kombination mit anderen Energiequellen gerade im Bestand Gebäude klimatisieren kann.

Die Wände eines Hauses haben eine hohe Wärme bzw. Kältespeicherkapazität. Eine Eigenschaft, die die Paderborner Ottensmeier Ingenieure bei der energetischen Sanierung nutzen.

„Als wärmetechnisch netzdienliche autarke Fassade gestaltet, übernimmt die TGA-Funktionsfassade in einem anderen Projekt den ganzjährigen Klimatisierungsprozess des Gebäudes. Die außenliegende Wandheizung kann sowohl Kühlen als auch Heizen und wird gleichzeitig als Medien-Führungskanal genutzt. Im Geschosswohnungsbau kann die Sanierung auch im bewohnten Zustand erfolgen“, beschreibt Ottensmeier die Besonderheit des Systems.