Grundwassernutzung für Heizung und Kühlung

Am Ostrand der Friedrichsau, einem Park- und Naherholungsgebiet von Ulm, liegt das Messegelände der Stadt. Zwischen Messegelände und dem Unteren Ausee haben die Stadt Ulm und der private Investor Thomas Eifert in ein rund 8 Mio. € kostendes Gemeinschaftsprojekt investiert, bei dem der umgebaute und sanierte Donausaal der UlmMesse mit dem neuen Tagungshotel „verknüpft“ wurde.

Die Nutzfläche des neuen Hotel & Tagungszentrums „Lago“ (www.hotel-lago.de) erstreckt sich auf 3030 m² über sechs Etagen. Das von den Architekten Nething Generalplaner Ulm/Neu-Ulm GmbH entworfene Vier-Sterne-Hotel wurde im KfW 40-Standard erbaut und verfügt über 60 Zimmer mit 120 Betten. Das Gebäude untergliedert sich in den Empfangs-/Lobbybereich im Erdgeschoss sowie die 60 Zimmer im 1. bis 5. Obergeschoss. Im 6. Obergeschoss befindet sich ein Wellnessbereich.

Ein direkter Zugang führt vom Hotel zur Messe und den modernen Tagungsräumen, so dass Veranstaltungen von 40 bis 2000 Personen durchgeführt werden können. Bei allem Komfort für die Gäste stand für den Bauherrn ein effizienter Hotelbetrieb an erster Stelle. Dazu sollten die Energiekosten gering gehalten werden.

Das Technikkonzept

Die Heizlast des Hotels beträgt inkl. des Wärmebedarfs für die RLT-Anlagen 150 kW. Der Bedarf an Kühlung beträgt ca. 130 kW. Bei den Berechnungen wurde vom Ingenieurbüro Conplaning GmbH Ulm/Neu-Ulm, das für Planung und Realisierung der Gebäudetechnik zuständig war, ein Jahresenergiebedarf für die Heizung von ca. 200 000 kWh/a sowie ca. 50 000 kWh/a für die Kühlung ermittelt. Zu Projektbeginn wurde anhand einer Wirtschaftlichkeitsberechnung nachgewiesen, dass sich der Einsatz einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe gegenüber einem Gaskessel zur Wärmeerzeugung innerhalb von acht Jahren amortisiert. Es wurde des Weiteren entschieden, die Brunnen zur Grundwassernutzung im Sommerfall zur freien Kühlung des Gebäudes heranzuziehen. Auf eine mechanische Kälteerzeugung konnte somit gänzlich verzichtet werden, was neben dem Aspekt der Energieeinsparung auch zur deutlichen Reduzierung des CO₂-Ausstoßes des Gebäudes führt.

Die Grundwasserentnahme ist im Bezug zur beheizten Fläche minimal. Im Kühlfall werden dieselben Mengen entnommen und über Wärmetauscher dem Gebäude als „Freikühlung“ zur Verfügung gestellt. Bei der freien, passiven Kühlung wird die niedrige Temperatur des Grundwassers über einen Wärmetauscher auf das Gebäudesystem übertragen. Hierbei fallen lediglich Energiekosten zur Förderung des Grundwassers an. Die Erzeugung einer aktiven Kälte ist nicht notwendig.

Im Heizfall dient das Grundwasser den Wärmepumpen im Technikbereich als Energieträger zur Wärmeerzeugung. Die Wärmepumpen erreichen dabei Arbeitszahlen von bis zu 4.

Eine besondere Herausforderung waren die sehr beengten Platzverhältnisse, da aufgrund des Kostenrahmens auf eine auch nur teilweise Unterkellerung des Gebäudes verzichtet wurde.

Die gesamte Technik für Heizung und Kühlung wurde in einem Technikraum im EG mitknapp 30 m² untergebracht. Wegen des hochwertigen EG-Platzes mussten die Anlagen besonders kompakt aufgestellt werden. Die RLT-Anlagen wurden im Mittelbereich des Daches als Freigeräte aufgestellt.

Heizung und Kühlung des Hotels

Für Kühlung und Heizung des Hotels mit seinen 60 Zimmern wird Grundwasser thermisch genutzt. Es wird über Grundwasserbrunnen der Au entnommen und nach Durchlaufen über Wärmetauscher chemisch unbeeinflusst wieder in den Untergrund versickert.

Um ständig Warmwasser in ausreichender Menge bereitzustellen, wurde entschieden, für die Warmwasserbereitung einen 100 kW Gaskessel zu installieren. Eine Warmwasserbereitung mittels Wärmepumpe wurde verworfen, da dies eine deutliche Reduzierung der WP-Arbeitszahl nach sich ziehen würde. Das Warmwasser wird im Speicherladesystem erzeugt.

Im Rahmen der Voruntersuchungen wurden sowohl die Grundwasserschüttung als auch die Grundwasserqualität untersucht. Für die Entnahme des Grundwassers wurde eine Genehmigung zur wasserrechtlichen Erlaubnis der Grundwasserentnahme gestellt. Das Grundwasser wird aus einer Tiefe von ca. 5 m mit 10 °C entnommen.

Die jährliche Entnahmemenge richtet sich dabei nach den thermischen Anforderungen der Gebäudetechnik, die wiederum von den jahreszeitlichen Außentemperaturen sowie schwankenden Nutzungszyklen des Hotels abhängig ist.

Eine Grundwasserentnahme von bis zu 40 m³/h ist aufgrund der Grundwasserschüttung möglich. Die Versickerung erfolgt mit ausreichendem Abstand zu den zwei Entnahmebrunnen über zwei Sicker­brunnen auf dem Hotelgelände. Ein Überlauf der Versickerungs­brunnen wird in den direkt angrenzenden Unteren Ausee geleitet. Aufgrund der zu erwartenden Energiemengen zur Beheizung und Kühlung des Gebäudes wurde eine jährliche Entnahmemenge von 100 000 m³/a beantragt.

Raumlufttechnische Anlagen

Das Raumklima des Hotels, sowohl der Lobby als auch der Hotelzimmer wird durch den Einsatz modernster versorgungstechnischer Einrichtungen sichergestellt. Zur Kühlung sowie Beheizung der Hotelzimmer wurden Gebläsekonvektoren in die abgehängten Decken eingebaut. Nach individuellem Gästewunsch wird die Zimmertemperatur über ein Bedientableau eingestellt, welches über den Hotelfernseher erläutert wird.

Aufgrund der 4-Leiter-Technik können die Zimmer zur gleichen Zeit gekühlt und geheizt werden, d.h aufgrund der Ausrichtung der Zimmer ist gemäß Gästeempfinden das eine Zimmer zu heizen und ein anderes Zimmer bereits zu kühlen.

Die Beheizung des Erdgeschosses erfolgt mittels Fußbodenheizung. Gekühlt wird dieser Bereich über den Fußboden bzw. über die Lüftung. Auch diese Klimatisierung erfolgt rein über Grundwasser.

Die notwendige Frischluftquote wird im Erdgeschoss über Schlitzschienen eingebracht und in den Hotelzimmern über die Gebläsekonvektoren. Somit ist auch bei nicht geöffneten Fenstern für einen ausreichenden Luftwechsel gesorgt.

Alle Bereiche des Hotels werden mit Hilfe von zwei Lüftungsanlagen be- und entlüftet. Eine Anlage versorgt die Lobby und den Wellnessbereich, die andere Anlage ist zuständig für die Frischluftversorgung der Hotelzim­mer und Flure. Die Lüftungsanlagen sind mit Wärmerückgewinnung von über 75 % ausgestattet, was wiederum zu Energieeinsparung beiträgt.  

Für die Hotelzimmer wurde ein 1,5facher Luftwechsel, für die Lobby ein 4facher und für den Wellnessbereich ein 7facher Luftwechsel angesetzt. Seit Inbetriebnahme des Hotels wurde die Luftmenge im Bereich der Lobby reduziert, was zu keinerlei Komforteinbußen führte.

Eine zentrale Lüf­tungs­anlage saugt die verbrauchte Luft aus den Räumlichkeiten ab und bringt diese nach Durchlaufen des Wärmetauschers ins Freie. Die Außenluft nimmt beim Durchlaufen des Wärmetauschers die Wärmenergie der Abluft auf und wird in die Zimmer eingeblasen. Bei diesem Vorgang werden auch Staubpartikel und Pollen ausgefiltert, so dassdas Raumklima besondersfür Allergiker angenehmeVorteile schafft. Sämtliche Hotelräume werden permanent mit Frischluft versorgt, so dass auch bei einer etwaigen Nichtbelegung eines Hotelzimmers stets eine optimale Luftqualität vorhanden ist. Dies erleichtert dem Hotelpersonal die Arbeit, das bei einer Nichtbelegung so keine Stoßlüftung von Hand vornehmen muss.

Hotelgäste können ihre Wunschtemperatur im Zimmer direkt um +/-3 K gegenüber der Standardtemperatur einstellen. In der Hotellobby wird die Frischluftversorgung über Luftqualitätssensoren gesteuert.

Trinkwasserinstallation

Die gesamte Trinkwasserinstallation wurde gemäß der Hygienevorschriften in öffentlichen Gebäuden installiert. Es wurde gänzlich auf Stichleitungen im Kaltwassernetz verzichtet. Jedes Zimmer wird über im Steigstrang eingebaute Strömungsteiler ständig durchflossen.

Am Ende jedes Steigstranges sind automatische Spülventile eingebaut die nach vorgegebenen Zeiten den Strang spülen. Dadurch ist gewährleistet dass selbst bei längerer Nichtbelegung der Hotelzimmer eine Durchspülung des Trinkwassernetzes erfolgt. Bei der Warmwasserinstallation wird die Zirkulationsleitung bis zur letzten Entnahmestelle innerhalb jeder Nasszelle geführt. Ein in den Armaturen integrierter Verbrühungsschutz verhindert die Entnahme von zu heißem Wasser.

Abwasserinstallation

Da kein direkter Anschluss im Freigefälle an die öffentliche Kanalisation realisiert werden konnte wird das gesamte Schmutzwasser des Hotels in einem Pumpschacht außerhalb des Gebäudes gesammelt und mittels Tauchpumpen über eine ca. 200 m lange Druckleitung in den öffentlichen Kanal gepumpt. Die Pumpanlage wurde redundant ausgelegt, so dass die Abwasserentsorgung zu jedem Zeitpunkt gewährleistet ist.

MSR-Technik

Reduzierte Energiekosten tragen maßgeblich zum effizienten Betrieb eines Hotels bei. Die Nutzung und Auslastung von Hotelzimmern ist gegenüber anderen Gebäuden sehr flexibel. Die Auslastung sowie die Verweildauer in den Zimmern sind teilweise sehr unterschiedlich geartet. Daher wurde ein Versuch gestartet, einen Mittelweg zwischen hochkomplexer Steuerung und konventioneller bedienerfreundlicher Nutzung zu begehen. Hierbei wurde auf ein Bussystem gesetzt, aber auf eine komplette Vernetzung des Gebäudes verzichtet. Die beauftragte MSR-Firma kann über Fernabfrage jederzeit in das System eingreifen und gemäß Betreiberwünschen jegliche Parameter ändern.

Weitere technische Besonderheiten

Der errechnete Jahresenergiebedarf für die Gebäudebeheizung einschließlich Warmwasserbereitung ist mit ca. 90 kWh/m² für ein Hotel dieser Größenordung vergleichsweise gering.

Der Jahresenergiebedarf für die Gebäudekühlung läge bei einem konventionellen System bei rund 42000 kWh/a. Durch die Nutzung des Grundwassers zur Gebäudekühlung wird diese Energie kostenlos bereitgestellt. Es sind lediglich die Kosten für den Pumpenbetrieb mit ca. 6000 kWh/a zu bezahlen.

Der in Baden Württemberg noch immer gültige „Wasserpfennig“ von 5 ct/m³ Grundwasser kommt hierbei noch oben drauf.

Durch den Einsatz einer Grundwasserwärmepumpe für die Gebäudebeheizung wird der Energieverbrauch um ein deutliches minimiert. Die Arbeitszahl der Wärmepumpe wurde aufgrund der teilweisen Auslegung der Heizregister Lüftung sowie der Heizflächen in den Bädern mit bis zu 50 °C im Vorlauf mit 3,5 ermittelt.

Direkt hinter dem Hotel befindet sich der Untere Ausee. Dieser hat Badewasserqualität und verfügt daher über einen Badesteg, den die Hotelbesucher an warmen Tagen für das morgendliche Schwimmvergnügen nutzen können. Zusätzlich wurde eine venezianische Gondel angeschafft, die für besondere Anlässe gebucht werden kann. Vom See und auch vom gegenüberliegenden Seeufer hat man einen schönen Blick auf das Hotel, dessen Technik dezent versteckt dem Betreiber niedrige Energiekosten beschert.