Neues Energiemanagement der TH Köln - Betriebskostenoptimierung durch Anlagensanierung

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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


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