Nº 76 - Bundesverband Geothermie

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20 Oberflächennahe Geothermie Schlagworte wie »nachhaltiges Handeln« assoziiert man in Zeiten von Eurokrise und Bankenrettung selten mit dem Finanzsektor. Die VR-Bank Nürnberg verwirklicht beim Neubau ihrer Geschäftsräume ein innovatives Energiekonzept und setzt damit ein wichtiges Signal für langfristiges und verantwortliches Handeln. VR-Bank Nürnberg mit klarem Bekenntnis zur Nachhaltigkeit TEXT: Ronald Lau, Holger Süss Das Konzept Seit März 2013 hat die VR-Bank den Geschäftsbetrieb in ihren neuen Räumlichkeiten am Tullnaupark Nürnberg aufgenommen. Das Gebäude besteht aus zwei Türmen mit einem Verbindungsbau im Erdgeschoss und fügt sich auf den ersten Blick eher schlicht in die Umgebung ein. Was man dem Gebäude von außen jedoch nicht ansieht: Die Umsetzung eines Niedrigenergiekonzeptes war einer der entscheidenden Punkte bei der Planung des Gebäudes. Das hört sich zunächst nicht ungewöhnlich an. Im Gegensatz zu Wohngebäuden ist das bei Bauten dieser Größenordnung jedoch kein Standard. So erfolgt das Kühlen und Heizen durch Austausch von Wärmestrahlung zwischen kalten und warmen Flächen. Über Erdsonden steht das Gebäude mit den natürlichen Ressourcen der Erdwärme in Verbindung und reduziert damit wiederum Betriebskosten. Frischluft, die in das Gebäude strömt, wird über einen Erdkanal angesaugt und so auf natürlichem Weg vortemperiert. Ein erheblicher Anteil der Stromversorgung für das Gebäude wird im nahen Wasserkraftwerk am Wöhrder See CO 2 -neutral erzeugt. Die Gebäudetechnik Mit der Zielsetzung der Nutzung oberflächennaher Geothermie wurden Systemparameter definiert, um ein optimales Zusammenspiel zu gewährleisten. Grundvoraussetzung sind hier niedrige Systemtemperaturen sowohl im Heizals auch im Kühlfall. Das gesamte Gebäude wird mit Flächensystemen, bestehend aus bauteilaktivierten Decken und ergänzenden Deckensegeln, temperiert. Ein weiterer Vorteil ist hier die Nutzung der Gebäudemasse als Speicher. Auf diese Weise werden kurzfristige Lastschwankungen abgeschwächt. Ein weiterer Baustein für die Planung eines »Niedrig-Energie-Hauses« war die konsequente Reduzierung der abzuführenden Lasten. So liegen die simulierten, spezifischen Werte für die Heizlast mit 45 W/m 2 und die Kühllast mit 34 W/m 2 weit unterhalb realer Werte vergleichbarer Gebäude. Folgende Faktoren sind hierfür ausschlaggebend: konsequenter Einsatz von »Green IT« mit reduzierten Leistungen tageslicht- und präsenzabhängige Beleuchtungssteuerung mechanischer Frischluftwechsel mit Hochleistungs-Wärmerückgewinnung Zur Umwandlung der gewonnenen Erdwärme wird eine Wasser-Sole-Wärmepumpe eingesetzt. Für die optimale Wirtschaftlichkeit der Gesamtanlage ist entscheidend, dass die Leistungsauslegung nur in der Grundlast erfolgt. Als »kostengünstiges« Ergänzungssystem für die Spitzenlastdeckung steht für die VR-Bank ein
Geothermische Energie Heft 76 // 2013 / 2 21 Fernwärmeanschluss zur Verfügung. Eine optimierte Auslegung der Wärmeerzeugung durch die Wärmepumpe in der Grundlast bedeutet hier, dass nur 20 % der Spitzenlast durch die Wärmepumpe und 80 % durch die Fernwärmeversorgung gedeckt werden. Trotz dieses niedrigen Lastanteils, können mit der Wärmepumpe aber über 70 % des Jahres-Wärmebedarfs der VR Bank gedeckt werden. Das heißt, auch ohne den hervorragenden Primärenergiefaktor der Fernwärme hätten die gesetzlichen Anforderungen sogar mit einem konventionellen Spitzenlast-Heizkessel eingehalten werden können. Die Wärmequelle Hauptanforderung und Auslegungsgröße für die Geothermieanlage war die definierte Kühlleistung. Die Heizleistung hingegen konnte zur optimalen Auslegung variiert werden. Die Planungen selbst fanden unter erschwerten Rahmenbedingungen statt: So wurde in der ersten Planungsphase die direkte Grundwassernutzung favorisiert. Dieses Vorhaben scheiterte an der örtlichen Grundwasserqualität. Alternativ zur direkten Grundwassernutzung wurde ein Erdwärmesondenfeld mit insgesamt 40 Sonden geplant. Aber auch dabei bot das Grundstück Besonderheiten: Nach den oberen, sehr wasserreichen Sandschichten erstrecken sich die Erdwärmesonden in Bodenschichten, die nur sporadisch Wasser in Klüften oder nicht durchgängig vorhandenen Sandsteinlagen führen. Damit konnte der thermische Einfluss der Grundwassers und die gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Sonden in den oberen Sandschichten zwar gut berechnet werden, in den unteren Schichten war es jedoch nicht möglich, die genau vorbeifließende Grundwassermenge oder deren exakte Richtung zu bestimmen. Zudem musste der Grundwasserdurchfluss im Zuge der Baumaßnahme teilweise mit einer unterirdischen Dichtwand abgesperrt werden. Teile des Sondenfelds wurden dadurch vom Grundwasserfluss abgetrennt. Um die tatsächliche Leistungsfähigkeit der Sonden zu ermitteln, entschied man sich für eine Probebohrung mit anschließendem Leistungstest. Mit den sehr guten Ergebnissen des Tests wurde erneut das Langzeitverhalten der Anlage simuliert. Eine weitere Anforderung an die Planung und den Bau des Erdwärmesondenfelds stellte die Schadstoffsituation dar: Das Grundstück liegt in der weiteren Nachbarschaft zu einer Altlastenfläche. Zwar ist es nicht direkt betroffen, aber aus Gründen des vorsorglichen Grundwasserschutzes wurde auf höchste Qualität der Bohrund Herstellungsarbeiten der Erdwärmesonden geachtet. Insbesondere auch vor diesem Hintergrund wurden die örtlichen Genehmigungsbehörden von Anfang an eng in das Vorhaben eingebunden. Höchste Effizienz durch integrierte Planung Der Einsatz oberflächennaher Geothermie zur Energieversorgung von Gebäuden ist ein gutes Beispiel für die Bedeutung interdisziplinärer Zusammenarbeit. Konkret treffen hier die Fachbereiche der Gebäudetechnik und der Geologie aufeinander. Voraussetzung für eine optimale Umsetzung ist der transparente Austausch zwischen den Disziplinen und die gemeinsame Anpassung der teilweise gegenläufigen Systemparameter. Im dargestellten Projektbeispiel hat dies hervorragend funktioniert: Durch Berücksichtigung der verschiedenen geologischen und hydrogeologischen Einflussfaktoren und die eng aufeinander abgestimmte Planung zwischen der Gebäudetechnik und der Erdwärmequelle konnten 20 % der geplanten Bohrmeter im Sondenfeld eingespart werden. So liegt die simulierte spezifische Spitzenentzugsleistung mit knapp 60 W/m bzw. die spezifische Spitzenrückspeiseleistung mit knapp 50 W/m deutlich über den Werten mancher vergleichbarer Sondenfelder, die ohne integrierte Planung dimensioniert wurden.
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