Fernwärme, die auf Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) basiert, stellt ein zentrales Instrument der Energiewende dar. Daher kommt sie häufig bei der energetischen Sanierung von öffentlichen Liegenschaften zum Einsatz. Auch die Technische Hochschule Köln hat am Campus Deutz von Gas auf Fernwärme gewechselt, ihre Anlagen modernisiert und den Netzbetrieb optimiert.
Quelle: e|m|w Ausgabe 06-2020
Autor: Karl Gentner, Leiter Vertrieb, YADOS GmbH
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Auszug aus
Ausgabe 6
Dezember 2020
Erzeugung & Infrastruktur
Neues Energiemanagement
der TH Köln
Von Karl Gentner, Leiter Vertrieb, YADOS GmbH
ISSN: 1611-2997
Erzeugung & Infrastruktur
Neues Energiemanagement
der TH Köln
Betriebskostenoptimierung durch Anlagensanierung
Fernwärme, die auf Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) basiert, stellt ein zentrales Instrument
der Energiewende dar. Daher kommt sie häufig bei der energetischen Sanierung von
öffentlichen Liegenschaften zum Einsatz. Auch die Technische Hochschule Köln hat am
Campus Deutz von Gas auf Fernwärme gewechselt, ihre Anlagen modernisiert und den
Netzbetrieb optimiert.
Von Karl Gentner, Leiter Vertrieb, YADOS GmbH
Die ökonomischen und ökologischen
Vorteile von Fernwärme als Instrument
für eine erfolgreiche Energiebeziehungsweise
Wärmewende
liegen auf der Hand: Fernwärme, die durch
KWK erzeugt wird, ist ein Nebenprodukt
der Stromerzeugung und muss daher nicht
extra produziert werden. So lassen sich der
Einsatz von Primärenergie für die Stromproduktion
effektiver nutzen und CO 2
-
Emissionen reduzieren – als vergleichsweise
klimafreundlich wird die KWK-basierte
Energiegewinnung eingestuft.
Bereits vorhandene Heizsysteme und Netze
können in Betrieb bleiben und in eine
optimierte Infrastruktur integriert werden.
Kosten für neue Verbrennungskessel,
Heizöltanks usw. entfallen. So ist die Neuinvestition
in eine Wärmeübergabestation
wesentlich weniger kostenintensiv als die
Anschaffung eines neuen Heizkessels.
Bis spätestens 2040 will der Energiedienstleister
Rheinenergie AG seine Kunden in
Stadt und Ballungsraum Köln vollständig
klimaneutral versorgen. Dabei setzt das
Unternehmen insbesondere auf den KWKbasierten
Fernwärmeausbau. Zukünftig
profitiert auch die TH Köln als einer dieser
Kunden von den Vorteilen. Am Campus in
Deutz erhöht die Hochschule bereits ihre
Einsparpotenziale durch den Wechsel von
Gas auf Fernwärme, den Infrastrukturausbau
und die damit verbundene energetische
Anlagensanierung.
Konzept mit hohen
Effizienz potenzialen
Das Sanierungsprojekt in Deutz umfasst
die thermische Versorgung der Gebäude
des mit 96.400 Quadratmetern größten
Campus der TH Köln. Bis November vergangenen
Jahres bezogen die Hauptgebäude
wie das Hochhaus, die Hallenbereiche
und die Bibliothek ihre thermische Energie
über ein internes Wärmeverteilnetz,
dessen Energiequelle in einer ökonomisch
wie auch ökologisch ineffizienten Gaskesselanlage
einer Dachzentrale bestand.
Lediglich der Altbau erhielt seine Heizenergie
bereits über Fernwärme.
Mit Blick auf diese Ausgangslage sind die
weitreichenden Effizienzpotenziale, die
das von der Rheinenergie AG in Zusammenarbeit
mit dem Technologiepartner
Yados GmbH konzipierte Fernwärme- und
Technologiekonzept verspricht, unverkennbar.
Die konstant hohen Vorlauftemperaturen
von im Winter rund 140 Grad Celsius,
die die veralteten Heizkessel produzierten,
konnten durch die Modernisierung auf 90
Grad Celsius reduziert werden. Der vor der
Modernisierung massiv überhöhte Primärenergie-Einsatz
hatte hohe CO 2
-Emissionen
und extreme Transmissionsverluste zur Folge,
da das standardisierte Wärmenetz der
Hochschule solch hohe Temperaturen nicht
benötigte. Unter anderem konnte durch
den Wechsel auf Fernwärme und durch die
Verwendung intelligenter Übergabetechnologien
eine signifikante Leistungsreduktion
um etwa 50 Prozent auf aktuell 4.500 kW
erzielt werden. Nach Schätzungen beträgt
die Energieeinsparung rund 25 Prozent
und die Reduktion des CO 2
-Ausstoßes etwa
1.500 Tonnen pro Jahr.
Risiko: Versorgungsausfall
Neben den viel zu hohen Vorlauftemperaturen,
die die veralteten Erzeuger ins Netz
einspeisten, standen die Planer sowie der
Betreiber aber noch vor einem weiteren
Problem, das durch den herannahenden
Winter schnellstmöglich einer Lösung bedurfte:
Die unzureichenden Leistungskapazitäten
könnten einen Versorgungsausfall
verursachen, was in Gebäuden mit 10.000
Studierenden und rund 700 Beschäftigten
eine extreme Belastung des Betriebskostenhaushalts
wie auch organisatorische
Probleme nach sich gezogen hätte.
Darüber hinaus war für das Projekt
planungsrelevant, dass rund 80 Prozent
der Hochschulgebäude am Campus Deutz
von, bereits 2017 mit einem Architekturwettbewerb
eingeleiteten, Umbaumaßnahmen
betroffen sind. So sollen unter
anderem das Hochhaus und der Hallenbereich
abgerissen und durch vier- bis
sechsgeschossige Objekte ersetzt werden.
So benötigten die Sanierungsmaßnahmen
ein möglichst flexibles Versorgungskonzept,
das sich an die sich verändernden
Gegebenheiten am Campus zukünftig
anpassen kann.
Intelligente Übergabetechnologien
Um Betriebskosten, Verbrauchs- und
Emissionsgrößen in der Wärmeversorgung
konsequent zu verringern, dürfen nicht
nur die Art und Leistungsfähigkeit der
Energiequellen in den Blickpunkt gerückt
werden. Die Planer müssen immer die
Gesamtheit des Netzdesigns im Auge behalten.
In diesem Zusammenhang ist die
Übergabetechnologie, die als regulierendes
Verbindungselement zwischen Versorger
und Abnehmer die Qualität und Stabilität
des Fernwärmenetzes sichert, von immenser
Bedeutung. Der Dreh- und Angelpunkt
2 Auszug aus e|m|w Heft 06|2020
Erzeugung & Infrastruktur
Fotos: ©Yados GmbH
für eine optimale Regelung zwischen Erzeuger
und Verbraucher liegt direkt an der
zentralen Achse der Wärmeübergabe. Je
präziser die Wärmeübergabe stattfindet,
umso effizienter ist die Netzführung. Die
Verbindungseinheit zwischen Heizungsanlage
und Anschlussleitung des Fernwärmenetzes
übergibt die Wärmeenergie nach
Druck, aktueller Abnahmeanforderung
und Temperatur.
Effizienzgewinne – und damit auch ökonomische
Einsparpotenziale – fallen umso
höher und Transmissionsverluste umso
niedriger aus, je präziser Wärmeübergabekomponenten
arbeiten und sämtliche
Einflussfaktoren auf die Wärmeversorgung
einbeziehen. Hierfür berechnen in den
Yados-Stationen speziell entwickelte DDC-
Regelungskomponenten (Direct Digital
Control) die erforderliche Vorlauftemperatur.
Sie berücksichtigen nicht nur die aktuelle
Abnahmesituation sowie Außentemperatur,
sondern auch die individualisierten
Zeit- und Komfortvorgaben und modifizieren
so den Übergabeprozess exakt nach
Soll-Anforderung. So ist es möglich, nicht
nur eine hohe Energieeffizienz zu erzielen,
sondern auch den Netzbetrieb stabil und
maximal bedarfsgerecht zu führen.
Ganzheitliche Projektabwicklung
Parallel zur Produktauswahl waren die
organisatorischen Anforderungen der energetischen
Anlagenmodernisierung hoch:
Neben dem Kostenplan galt es, den eng
kalkulierten Zeitplan einzuhalten und einen
geeigneten Installationsort mit ausreichend
Platz und Flexibilität ausfindig zu machen.
Hier unterstützte der Technologiepartner Yados
maßgeblich mit einer fundierten objektbezogenen
Anlagenplanung- und -fertigung.
Bereits im Vorfeld hatte das Unternehmen
in vielen Großprojekten mit restriktivem
Zeithorizont gezeigt, wie flexible und
nachhaltige Lösungen aussehen können.
Die Energieingenieure aus Sachsen entwickeln
mit ihrer zehnjährigen europaweiten
Expertise in Nah- und Fernwärmetechniken
kundenindividuelle Systemlösungen, die
kontinuierlich optimierte Effizienztechnologien
mit hohem interdisziplinärem
Planungsniveau und praktischen Umsetzungskonzepten
vereinen.
Die Aufträge werden grundsätzlich
ganzheitlich betreut: Beginnend mit der
Großlösung im Kompaktdesign: Die
beiden portablen Gehäuse beherbergen
eine 4,5 Megawatt-Anlage mit
insgesamt vier Wärmeübertragern zur
Fernwärme-Übergabe.
Voranalyse, der Beratung und Planungsunterstützung,
bis hin zur Individualfertigung,
Auslieferung, Montage und
spätere Betriebsregelung, wobei alle
Prozessschritte in exakter Abstimmung
mit allen beteiligten Gewerken erfolgen.
Resultat dieser Vorgehensweise sind
objekt- und bedarfsgerechte Lösungen, die
nicht nur theoretische Effizienzpotenziale
aufzeigen, sondern diese auch praktisch
konsequent ausschöpfen. Auch für das
Hochschulgebäude entwarf das Energieunternehmen
eine Speziallösung für die
Fernwärmeübergabe. In nur zehn Wochen
entwickelte, konstruierte und lieferte das
Unternehmen eine eigens angepasste Lö-
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Erzeugung & Infrastruktur
ihren Versorger bestärkt und wechselte
vom konventionellen Gaskesselbetrieb
zur KWK-Fernwärme.
Fazit
Außenaufstellung am Campus Deutz: Die zwei identischen Betonraumzellen wurden
von Yados komplett vormontiert und von Hoyerswerda nach Köln überführt.
sung für den neuen Fernwärmeanschluss
der TH Köln: eine 4,5-Megawatt-Anlage
mit insgesamt vier 1.125 Kilowatt-Wärmeübertragern.
Für einen wartungsfreundlichen, stabilen
und effizienten Betrieb wurde ein
System mit vier Wärmeübertragern statt
nur einem einzigen geplant. Durch diese
komplementäre Kaskadierung kann die
Wärmeenergie insbesondere bei veränderlichen
Lastverhältnissen und Spitzlastabfrage
jederzeit bedarfsgerecht abgerufen
werden. Ein weiterer Vorteil ist die
saubere Ausregelung, Analyse und stete
Betriebsoptimierung der saisonalen Lastgänge
im Sommer und Winter. Darüber
hinaus können so die Übertrager in den
Übergangsphasen zwischen den Jahreszeiten
im idealen, nicht-laminaren Bereich
arbeiten. Schließlich dient das Redundanz-
Prinzip der Wärmeübertrager nicht zuletzt
der Sicherung der Gesamtanlage und der
Wartungsfreundlichkeit.
Flexibilität durch Betonraumzellen
Für die Planer stellte sich die Frage, ob für
die Anlage aufgrund der bevorstehenden
Infrastrukturmaßnahmen eine Außenoder
Inneninstallation geeigneter wäre.
Das Anlagenkonzept musste aufgrund der
bevorstehenden Um- und Neubauten am
Campus Deutz autark, mobil und flexibel
sein, um im Bedarfsfall an einen neuen
Standort versetzt werden zu können. Die
Lösung bestand in der Konzeption von
zwei identischen, ortsveränderlichen
Betonraumzellen. Diese wurden komplett
anschlussfertig im Werk in Hoyerswerda
vormontiert und dann getrennt nach Köln
transportiert. Am Zielstandort fügten die
Monteure die beiden Elemente wieder zu
einer funktionalen Einheit zusammen.
Vorbildliche Umweltziele
Der Technischen Hochschule Köln geht
es jedoch nicht nur um eine effiziente
Senkung der Betriebskosten, sie hat sich
als Innovationszentrum für „Technology,
Arts and Science“ ebenso dem nachhaltigen
Umgang mit natürlichen Ressourcen
und einer verbesserte Emissionsbilanz
verpflichtet. Seit 2018 veröffentlicht
die Technische Hochschule Köln eine
Umwelterklärung, die sich unter anderem
nach dem deutschen Nachhaltigkeitskodex
für Hochschulen richtet. Ebenfalls
Grundlage ihrer Umweltpolitik ist die
europäische Verordnung EMAS und die
internationale ISO 14001. Die energetische
Anlagenmodernisierung ist Teil
des ganzheitlichen Nachhaltigkeitskonzepts
ebenso wie die infrastrukturellen
Sanierungen am Campus Deutz. Auch die
Rheinenergie AG folgt im Verbund der
Stadtwerke-Unternehmen und zusammen
mit der Stadt Köln ihrem Programm
„Energie & Klima 2030“. Sie haben sich
zum Ziel gesetzt, in der kommenden
Dekade die CO 2
-Emissionen anhand
eines Sechs-Punkte-Plans im Vergleich
zu den Werten von 1990 zu halbieren.
Zum Erreichen seiner Vorgaben baut der
Energiedienstleister kontinuierlich sein
Fernwärmenetz aus, dessen Energiequellen
in KWK-Prozessen ortsnaher Heizkraftwerke
bestehen. Die TH Köln sah
sich in ihren Nachhaltigkeitszielen durch
Für die TH Köln war der Umstieg von Gas
auf Fernwärme, die Optimierung ihres
Netzbetriebs sowie die infrastrukturelle
und anlagentechnische Modernisierung
schon jetzt ein ökonomischer wie auch
ökologischer Erfolg. Eine Reduktion der
Vorlauftemperaturen um 50 Grad Celsius,
der Anlagenleistung um 50 Prozent und
der CO 2
-Ausstöße um 1.500 Tonnen p.a.
sprechen für sich. Das neue Energiemanagement
der staatlichen Universität am
Campus Deutz hat sich für den
Betriebskostenhaushalt wie auch für die
Umwelt gerechnet. Aktuell läuft in Deutz
die Fortsetzung des energetischen
Versorgungsprojekts: Nach Integration
der speziell angepassten Wärmeübergabe-Technologie
werden derzeit
insgesamt elf Unterstationen neu
installiert, um den Gesamtnetzbetrieb
weiter zu optimieren. Zusammen mit
der klimafreundlich erzeugten Fernwärme
sind sie Wegbereiter für eine
langfristig nachhaltigere und ökonomischere
Objektbewirtschaftung.
KARL GENTNER
Jahrgang 1958
Ausbildung/Studium Dipl.Ing. (FH)
bis 1995 Fa. Daumac Regelarmaturen
für Großkraftwerke
1995 –2009 IV GentnerVertrieb FW-Übergabestationen
und Plattenwärmeübertrager
seit 2009 Geschäftsführer Yados Vertriebs
GmbH
Karl.Gentner@yados.de
4 Auszug aus e|m|w Heft 06|2020
energate gmbh
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