IWG Info 1/2005 - Innovationszentrum Wiesenbusch Gladbeck

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THS - TreuHandStelle GmbH GRUBENGASNUTZUNG AUF DEM GELÄNDE DER EHEM. ZECHE NORDSTERN IN GELSENKIRCHEN DURCH DIE THS Im Dezember 2003 nahm die TreuHandStelle GmbH das ehemalige Gebäude der Zeche Nordstern in Gelsenkirchen als neue Hauptverwaltung der Unternehmensgruppe THS in Betrieb. Zu den besonderen ingenieurtechnischen Herausforderungen während der Bauphase zählte der Umgang mit dem vor Ort vorhandenen Grubengas. Das Problem der Ausgasung verfüllter Schächte und die Gassicherungsmaßnahmen lösten die Architekten und Ingenieure der THS und der von Ihr beauftragten Unternehmen mit Bravour. Aus einem eigens entwickelten innovativen Sicherungskonzept resultierte schließlich eine alternative, patentrechtlich geschützte Gassicherungsmethode. Parallel wurde eine spätere Grubengasnutzung untersucht. Absaugversuche im Jahr 1999 ergaben, dass das Grubengas bei einem Reinmethanstrom von rd. 100 m3/h energetisch verwertbar ist. Die THS erwarb hieraufhin die „Schürfrechte“. Das kontrolliert aufsteigende Grubengas wird jetzt von der THS in einer besonderen Station innerhalb des neuen Verwaltungsgebäudes gesammelt und verdichtet und kann von hier aus einem Blockheizkraftwerk der EmscherLippeEnergie GmbH (ELE) zugeführt werden. Das Blockheizkraftwerk ist ebenfalls auf dem ehemaligen Zechengelände untergebracht. Der Motor wurde von vornherein für verschiedene Gasarten ausgelegt und kann sowohl mit dem Grubengas als auch mit Erdgas betrieben werden. Ebenso ist eine Vermengung beider Gasarten möglich um ggf. schwankende Grubengasvolumina durch Beimengungen von Erdgas ausgleichen zu können. Einer Beimengung von Erdgas und damit einer optimierten Nutzung des Grubengases steht momentan die aktuelle Gesetzeslage noch entgegen. Die ingenieurtechnisch problemlose und ökologisch vernünftige Beimischung wird derzeit nicht betrieben, da die im BHKW erzeugte Energie nur dann gefördert wird, wenn sie ohne Beimischungen von Erdgas gewonnen werden kann. Dieses führt bisher noch an vielen Tagen im Jahr dazu, daß die THS das vorher mühsam geförderte und verdichtete Gas doch wieder direkt in die Luft entläßt, da durch Konzentrationsschwankungen der Anforderungswert des BHKW an diesen Tagen unterschritten wird. Die oben beschriebene Grubengasnutzung zeigt das Engagement der THS auf dem Gebiet regenerativer Energien. Gleichzeitig ist die THS auch Gründungsmitglied des am IWG, Gladbeck beheimateten Vereins zur Förderung erneuerbarer Energien und energieeinsparender Techniken e. V. (VEE). TECHNIK ZUM WOHLFÜHLEN Wärme aus der Erde nutzen heißt kostengünstig und umweltschonend zu heizen. Dass es im Erdkern viele tausend Grad heiß ist, weiß der Mensch seit vielen Jahren. Dass aber bereits fünfzehn Meter unter der Erdoberfläche eine - von der Jahreszeit unabhängige - gleichmäßige Temperatur von ungefähr +10 Grad herrscht, wissen die Wenigsten. Diese vorhandene Heizenergie-Quelle kann man kostengünstig mit Wärmepumpen von STIEBEL ELTRON nutzen, um das Eigenheim auf angenehme Gradzahlen zu bringen. Nicht nur Luft oder Wasser stehen als Energiequelle für Wärmepumpen zur Verfügung, auch mit der Wärme aus der Tiefe kann man die hohen Kosten für die Hausheizung aus teuren fossilen Brennstoffen wie Gas oder Öl reduzieren. Mit Hilfe von Erdreichkollektoren oder Erdwärmesonden hat der Verbraucher die Möglichkeit, kostenlose Energie aus der Umwelt zu gewinnen. Die Idee der umweltschonenden Nutzung von Umweltwärme ist nicht neu: Bereits vor 25 Jahren begann man in Deutschland mit der Wärme aus der Erde Häuser zu beheizen. Anfangs geschah dies ausschließlich mit Hilfe von horizontal verlegten Erdkollektoren, die im Garten große Flächen beanspruchten. Heute, ein Vierteljahrhundert später, ist eine innovative und gleichzeitig einfache Methode entwickelt worden, platzsparend und kostengünstig die Wärme aus der Tiefe in Anspruch zu nehmen. Im heimischen Garten dringen spezielle Bohrer bis 100 Meter tief in das Erdreich ein. Die in die gebohrten Löcher eingelassenen Erdwärmesonden leiten die gewonnene Wärme zur im Haus installierten Wärmepumpe weiter. Diese sorgt selbst an kältesten Wintertagen dafür, dass sich im Haus eine angenehme Wärme verbreitet und sich die ganze Familie im Eigenheim wohlfühlt. So beheizt beispielsweise die neue Wärmepumpen-Generation WPF von STIEBEL ELTRON kostengünstig und umweltschonend Ein- und Zweifamilienhäuser. Die Kompaktanlage für zwei Wärmequellen kann sowohl im Erdwärmesonden-/Erdkollektor- als auch Brunnen-/Wasser- Betrieb eingesetzt werden. STIEBEL ELTRON Ob für die Raumheizung oder auch die Warmwasserbereitung, die neue WPF- Baureihe sorgt zuverlässig und besonders leise für kostengünstige Wärme und geringen Energieverbrauch. Sie eignet sich für die Aufstellung im Keller, aber selbst im Hobby- oder Hauswirtschaftsraum findet sie immer ein Plätzchen. Störende Laufgeräusche sind selbstverständlich kein Thema. Da stetig mehr Hausbesitzer umdenken und die eigenen vier Wände mit einer Wärmepumpe beheizen, erlebt das umwelt- > Neue Wärmepumpe WPF mit eingebauter Regelung.
schonende Heizsystem aus den siebziger Jahren eine Renaissance. So prognostiziert STIEBEL ELTRON für den Gesamtmarkt 2005 die Installation von über 10000 Wärmepumpen in Deutschlands Haushalten. Wärmepumpen-Exponate der Firma STIEBEL ELTRON sind als installierte Ausstattung mit messtechnischer Online-Analyse für jeden interessierten Bauherrn im Technikum des IWG zu besichtigen. Die Pilotanlage „Solares Kühlen“ ist ebenfalls in Kooperation mit STIEBEL ELTRON am IWG entstanden. Klingenburg- Energierückgewinnung SENSATIONEN IN DER LUFT LUFT-/LUFT- WÄRMERÜCKGEWINNUNG Für die gezielte Einsparung von Energie bei raumluftund prozesslufttechnischen Anlagen ist Wärmerückgewinnung heute das erfolgreichste, wirksamste und am vielfältigsten anwendbare Mittel - sowohl für die Nachrüstung bestehender Einrichtungen, als auch bei der Planung und Ausführung von Neubauten oder Neuanlagen. VARIABEL KOMBINIERBARE KÄLTE- UND WÄRMEERZEUGUNG Es gibt verschiedene Möglichkeiten im Winter der verbrauchten Fortluft Wärme zu entziehen. Diese Wärme wird auf die kalte Außenluft übertragen, die als vorgewärmte Zuluft wiederverwertet wird. Seit Jahren sind Institute und Universitäten bemüht, Systeme zu entwickeln mit möglichst hohen Wärmeübertragungs-Wirkungsgraden. Erst jetzt ist es gelungen, einen Gegenstrom-Wärmerückgewinner zu entwickeln, der auf einer 249 mm Austauschfläche einen Wirkungsgrad von 85 % erreicht. Diese hohe Geräteleistung führt dazu, dass die Hauserwärmung im Winter unter ganz anderen Gesichtspunkten gesehen werden muss, da die vorhandenen Vorgaben der Verordnungen weit überschritten werden. Die Möglichkeiten, die diese Geräte in der Lüftungs- und Klimatechnik mit sich bringen werden, sind erstaunlich. Gegenstrom-Wärmerückgewinner und eine DEC-Kühlanlage der Firma Klingenburg kann der interessierte Endverbraucher im IWG begutachten. Hochleistungs-Wärmerückgewinnung mit Gegenstromplattenwärmeaustauschern Mit der 3HX - Anlage ist die Entwicklung eines Kaltwassererzeugers bzw. einer Wärmepumpe gelungen, die eine Bereitstellung von Kalt- und Warmwasser mit jeweils variablen Leistungsanteilen ermöglicht. Eingesetzt wird eine Kombination aus drei Wärmeaustauschern (3 heat exchangers = 3HX), Scrollverdichtern und Expansionsventilen. Diese verändern das Druckniveau innerhalb der Anlage durch Kompression und Expansion des Kältemittels und erzeugen so Wärme bzw. Kälte. 3HX deckt so gleichzeitig Kälte- und Wärmebedarf. Im Gegensatz zu ähnlichen Produkten ist das Verhältnis der Wärme- und Kälteleistung jedoch frei variabel. Als Medium zur Energieübertragung wurde aufgrund geringerer Betriebs- und Installationskosten sowie der flexibleren Anwendungsmöglichkeiten Wasser statt Kältemittel gewählt. Die Kälteleistung wird im Kältemittelverdampfer an einen wasserbasierten Kälteträgerkreislauf, die Heizleistung im Kältemittelkondensator an einen Heizwasserkreislauf übertragen. Um Kälte- und Wärmeleistung unabhängig voneinander variieren zu können, ist ein weiterer Wärmeaustauscher erforderlich, der je nach Betriebszustand als Verdampfer bei geringer Kälte- und hoher Wärmeleistung bzw. Kondensator bei hoher Kälte- und geringer Wärmeleistung eingesetzt wird. Energie wird von Bereichen mit überschüssiger Wärme zu Bereichen mit fehlender Wärme übertragen. Auf diese Weise wird der gesamte Energiehaushalt des Gebäudes in möglichst nachhaltiger Weise optimiert. Somit bietet sich eine 3HX - Anlage zum Beispiel für den Einsatz in modernen Bürogebäuden an. Diese benötigen, wie in einem Modellversuch nachgewiesen, über lange Zeiträume eine gleichzeitige Wärme- und Kälteversorgung. Der Vorteil der verwendeten Wärmepumpe ist insbesondere darin zu sehen, dass ein Teil der erforderlichen Heizenergie aus der Umgebungsluft entnommen wird. Das Resultat: erhebliche ökologische Vorteile - z.B. die Einsparung fossiler Brennstoffe - und auch geringere Heizkosten im Vergleich zu herkömmlichen Heizsystemen. Das verringert die Gesamtinvestition: Durch die kombinierte Heiz- und Kühlfunktion mit unabhängig voneinander regelbaren Leistungen kann ein weiteres Kühlaggregat entfallen. Auch aufwändige Kältemittelinstallationen entfallen: Energieträger ist Wasser, das Kältemittel bleibt im geschlossenen Kreislauf des 3HX.Der Prototyp wurde bereits erfolgreich im Technologiezentrum der GEA Happel Klimatechnik getestet. Eine weitere Anlage wird demnächst im IWG einem Praxistest unterzogen. Für die im dritten Quartal 2005 geplante Markteinführung soll das Leistungsspektrum sowohl nach oben als auch nach unten erweitert werden. Abb. 1 Abb. 2 GEA Happel-Klimatechnik
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