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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. Quelle: e|m|w Ausgabe 06-2020 Autor: Karl Gentner, Leiter Vertrieb, YADOS GmbH

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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6 20<br />

Auszug aus<br />

Ausgabe 6<br />

Dezember 2020<br />

Erzeugung & Infrastruktur<br />

<strong>Neues</strong> <strong>Energiemanagement</strong><br />

<strong>der</strong> <strong>TH</strong> <strong>Köln</strong><br />

Von Karl Gentner, Leiter Vertrieb, YADOS GmbH<br />

ISSN: 1611-2997


Erzeugung & Infrastruktur<br />

<strong>Neues</strong> <strong>Energiemanagement</strong><br />

<strong>der</strong> <strong>TH</strong> <strong>Köln</strong><br />

<strong>Betriebskostenoptimierung</strong> <strong>durch</strong> <strong>Anlagensanierung</strong><br />

Fernwärme, die auf Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) basiert, stellt ein zentrales Instrument<br />

<strong>der</strong> Energiewende dar. Daher kommt sie häufig bei <strong>der</strong> energetischen Sanierung von<br />

öffentlichen Liegenschaften zum Einsatz. Auch die Technische Hochschule <strong>Köln</strong> hat am<br />

Campus Deutz von Gas auf Fernwärme gewechselt, ihre Anlagen mo<strong>der</strong>nisiert und den<br />

Netzbetrieb optimiert.<br />

Von Karl Gentner, Leiter Vertrieb, YADOS GmbH<br />

Die ökonomischen und ökologischen<br />

Vorteile von Fernwärme als Instrument<br />

für eine erfolgreiche Energiebeziehungsweise<br />

Wärmewende<br />

liegen auf <strong>der</strong> Hand: Fernwärme, die <strong>durch</strong><br />

KWK erzeugt wird, ist ein Nebenprodukt<br />

<strong>der</strong> Stromerzeugung und muss daher nicht<br />

extra produziert werden. So lassen sich <strong>der</strong><br />

Einsatz von Primärenergie für die Stromproduktion<br />

effektiver nutzen und CO 2<br />

-<br />

Emissionen reduzieren – als vergleichsweise<br />

klimafreundlich wird die KWK-basierte<br />

Energiegewinnung eingestuft.<br />

Bereits vorhandene Heizsysteme und Netze<br />

können in Betrieb bleiben und in eine<br />

optimierte Infrastruktur integriert werden.<br />

Kosten für neue Verbrennungskessel,<br />

Heizöltanks usw. entfallen. So ist die Neuinvestition<br />

in eine Wärmeübergabestation<br />

wesentlich weniger kostenintensiv als die<br />

Anschaffung eines neuen Heizkessels.<br />

Bis spätestens 2040 will <strong>der</strong> Energiedienstleister<br />

Rheinenergie AG seine Kunden in<br />

Stadt und Ballungsraum <strong>Köln</strong> vollständig<br />

klimaneutral versorgen. Dabei setzt das<br />

Unternehmen insbeson<strong>der</strong>e auf den KWKbasierten<br />

Fernwärmeausbau. Zukünftig<br />

profitiert auch die <strong>TH</strong> <strong>Köln</strong> als einer dieser<br />

Kunden von den Vorteilen. Am Campus in<br />

Deutz erhöht die Hochschule bereits ihre<br />

Einsparpotenziale <strong>durch</strong> den Wechsel von<br />

Gas auf Fernwärme, den Infrastrukturausbau<br />

und die damit verbundene energetische<br />

<strong>Anlagensanierung</strong>.<br />

Konzept mit hohen<br />

Effizienz potenzialen<br />

Das Sanierungsprojekt in Deutz umfasst<br />

die thermische Versorgung <strong>der</strong> Gebäude<br />

des mit 96.400 Quadratmetern größten<br />

Campus <strong>der</strong> <strong>TH</strong> <strong>Köln</strong>. Bis November vergangenen<br />

Jahres bezogen die Hauptgebäude<br />

wie das Hochhaus, die Hallenbereiche<br />

und die Bibliothek ihre thermische Energie<br />

über ein internes Wärmeverteilnetz,<br />

dessen Energiequelle in einer ökonomisch<br />

wie auch ökologisch ineffizienten Gaskesselanlage<br />

einer Dachzentrale bestand.<br />

Lediglich <strong>der</strong> Altbau erhielt seine Heizenergie<br />

bereits über Fernwärme.<br />

Mit Blick auf diese Ausgangslage sind die<br />

weitreichenden Effizienzpotenziale, die<br />

das von <strong>der</strong> Rheinenergie AG in Zusammenarbeit<br />

mit dem Technologiepartner<br />

Yados GmbH konzipierte Fernwärme- und<br />

Technologiekonzept verspricht, unverkennbar.<br />

Die konstant hohen Vorlauftemperaturen<br />

von im Winter rund 140 Grad Celsius,<br />

die die veralteten Heizkessel produzierten,<br />

konnten <strong>durch</strong> die Mo<strong>der</strong>nisierung auf 90<br />

Grad Celsius reduziert werden. Der vor <strong>der</strong><br />

Mo<strong>der</strong>nisierung massiv überhöhte Primärenergie-Einsatz<br />

hatte hohe CO 2<br />

-Emissionen<br />

und extreme Transmissionsverluste zur Folge,<br />

da das standardisierte Wärmenetz <strong>der</strong><br />

Hochschule solch hohe Temperaturen nicht<br />

benötigte. Unter an<strong>der</strong>em konnte <strong>durch</strong><br />

den Wechsel auf Fernwärme und <strong>durch</strong> die<br />

Verwendung intelligenter Übergabetechnologien<br />

eine signifikante Leistungsreduktion<br />

um etwa 50 Prozent auf aktuell 4.500 kW<br />

erzielt werden. Nach Schätzungen beträgt<br />

die Energieeinsparung rund 25 Prozent<br />

und die Reduktion des CO 2<br />

-Ausstoßes etwa<br />

1.500 Tonnen pro Jahr.<br />

Risiko: Versorgungsausfall<br />

Neben den viel zu hohen Vorlauftemperaturen,<br />

die die veralteten Erzeuger ins Netz<br />

einspeisten, standen die Planer sowie <strong>der</strong><br />

Betreiber aber noch vor einem weiteren<br />

Problem, das <strong>durch</strong> den herannahenden<br />

Winter schnellstmöglich einer Lösung bedurfte:<br />

Die unzureichenden Leistungskapazitäten<br />

könnten einen Versorgungsausfall<br />

verursachen, was in Gebäuden mit 10.000<br />

Studierenden und rund 700 Beschäftigten<br />

eine extreme Belastung des Betriebskostenhaushalts<br />

wie auch organisatorische<br />

Probleme nach sich gezogen hätte.<br />

Darüber hinaus war für das Projekt<br />

planungsrelevant, dass rund 80 Prozent<br />

<strong>der</strong> Hochschulgebäude am Campus Deutz<br />

von, bereits 2017 mit einem Architekturwettbewerb<br />

eingeleiteten, Umbaumaßnahmen<br />

betroffen sind. So sollen unter<br />

an<strong>der</strong>em das Hochhaus und <strong>der</strong> Hallenbereich<br />

abgerissen und <strong>durch</strong> vier- bis<br />

sechsgeschossige Objekte ersetzt werden.<br />

So benötigten die Sanierungsmaßnahmen<br />

ein möglichst flexibles Versorgungskonzept,<br />

das sich an die sich verän<strong>der</strong>nden<br />

Gegebenheiten am Campus zukünftig<br />

anpassen kann.<br />

Intelligente Übergabetechnologien<br />

Um Betriebskosten, Verbrauchs- und<br />

Emissionsgrößen in <strong>der</strong> Wärmeversorgung<br />

konsequent zu verringern, dürfen nicht<br />

nur die Art und Leistungsfähigkeit <strong>der</strong><br />

Energiequellen in den Blickpunkt gerückt<br />

werden. Die Planer müssen immer die<br />

Gesamtheit des Netzdesigns im Auge behalten.<br />

In diesem Zusammenhang ist die<br />

Übergabetechnologie, die als regulierendes<br />

Verbindungselement zwischen Versorger<br />

und Abnehmer die Qualität und Stabilität<br />

des Fernwärmenetzes sichert, von immenser<br />

Bedeutung. Der Dreh- und Angelpunkt<br />

2 Auszug aus e|m|w Heft 06|2020


Erzeugung & Infrastruktur<br />

Fotos: ©Yados GmbH<br />

für eine optimale Regelung zwischen Erzeuger<br />

und Verbraucher liegt direkt an <strong>der</strong><br />

zentralen Achse <strong>der</strong> Wärmeübergabe. Je<br />

präziser die Wärmeübergabe stattfindet,<br />

umso effizienter ist die Netzführung. Die<br />

Verbindungseinheit zwischen Heizungsanlage<br />

und Anschlussleitung des Fernwärmenetzes<br />

übergibt die Wärmeenergie nach<br />

Druck, aktueller Abnahmeanfor<strong>der</strong>ung<br />

und Temperatur.<br />

Effizienzgewinne – und damit auch ökonomische<br />

Einsparpotenziale – fallen umso<br />

höher und Transmissionsverluste umso<br />

niedriger aus, je präziser Wärmeübergabekomponenten<br />

arbeiten und sämtliche<br />

Einflussfaktoren auf die Wärmeversorgung<br />

einbeziehen. Hierfür berechnen in den<br />

Yados-Stationen speziell entwickelte DDC-<br />

Regelungskomponenten (Direct Digital<br />

Control) die erfor<strong>der</strong>liche Vorlauftemperatur.<br />

Sie berücksichtigen nicht nur die aktuelle<br />

Abnahmesituation sowie Außentemperatur,<br />

son<strong>der</strong>n auch die individualisierten<br />

Zeit- und Komfortvorgaben und modifizieren<br />

so den Übergabeprozess exakt nach<br />

Soll-Anfor<strong>der</strong>ung. So ist es möglich, nicht<br />

nur eine hohe Energieeffizienz zu erzielen,<br />

son<strong>der</strong>n auch den Netzbetrieb stabil und<br />

maximal bedarfsgerecht zu führen.<br />

Ganzheitliche Projektabwicklung<br />

Parallel zur Produktauswahl waren die<br />

organisatorischen Anfor<strong>der</strong>ungen <strong>der</strong> energetischen<br />

Anlagenmo<strong>der</strong>nisierung hoch:<br />

Neben dem Kostenplan galt es, den eng<br />

kalkulierten Zeitplan einzuhalten und einen<br />

geeigneten Installationsort mit ausreichend<br />

Platz und Flexibilität ausfindig zu machen.<br />

Hier unterstützte <strong>der</strong> Technologiepartner Yados<br />

maßgeblich mit einer fundierten objektbezogenen<br />

Anlagenplanung- und -fertigung.<br />

Bereits im Vorfeld hatte das Unternehmen<br />

in vielen Großprojekten mit restriktivem<br />

Zeithorizont gezeigt, wie flexible und<br />

nachhaltige Lösungen aussehen können.<br />

Die Energieingenieure aus Sachsen entwickeln<br />

mit ihrer zehnjährigen europaweiten<br />

Expertise in Nah- und Fernwärmetechniken<br />

kundenindividuelle Systemlösungen, die<br />

kontinuierlich optimierte Effizienztechnologien<br />

mit hohem interdisziplinärem<br />

Planungsniveau und praktischen Umsetzungskonzepten<br />

vereinen.<br />

Die Aufträge werden grundsätzlich<br />

ganzheitlich betreut: Beginnend mit <strong>der</strong><br />

Großlösung im Kompaktdesign: Die<br />

beiden portablen Gehäuse beherbergen<br />

eine 4,5 Megawatt-Anlage mit<br />

insgesamt vier Wärmeübertragern zur<br />

Fernwärme-Übergabe.<br />

Voranalyse, <strong>der</strong> Beratung und Planungsunterstützung,<br />

bis hin zur Individualfertigung,<br />

Auslieferung, Montage und<br />

spätere Betriebsregelung, wobei alle<br />

Prozessschritte in exakter Abstimmung<br />

mit allen beteiligten Gewerken erfolgen.<br />

Resultat dieser Vorgehensweise sind<br />

objekt- und bedarfsgerechte Lösungen, die<br />

nicht nur theoretische Effizienzpotenziale<br />

aufzeigen, son<strong>der</strong>n diese auch praktisch<br />

konsequent ausschöpfen. Auch für das<br />

Hochschulgebäude entwarf das Energieunternehmen<br />

eine Speziallösung für die<br />

Fernwärmeübergabe. In nur zehn Wochen<br />

entwickelte, konstruierte und lieferte das<br />

Unternehmen eine eigens angepasste Lö-<br />

Auszug aus e|m|w Heft 06|2020 3


Erzeugung & Infrastruktur<br />

ihren Versorger bestärkt und wechselte<br />

vom konventionellen Gaskesselbetrieb<br />

zur KWK-Fernwärme.<br />

Fazit<br />

Außenaufstellung am Campus Deutz: Die zwei identischen Betonraumzellen wurden<br />

von Yados komplett vormontiert und von Hoyerswerda nach <strong>Köln</strong> überführt.<br />

sung für den neuen Fernwärmeanschluss<br />

<strong>der</strong> <strong>TH</strong> <strong>Köln</strong>: eine 4,5-Megawatt-Anlage<br />

mit insgesamt vier 1.125 Kilowatt-Wärmeübertragern.<br />

Für einen wartungsfreundlichen, stabilen<br />

und effizienten Betrieb wurde ein<br />

System mit vier Wärmeübertragern statt<br />

nur einem einzigen geplant. Durch diese<br />

komplementäre Kaskadierung kann die<br />

Wärmeenergie insbeson<strong>der</strong>e bei verän<strong>der</strong>lichen<br />

Lastverhältnissen und Spitzlastabfrage<br />

je<strong>der</strong>zeit bedarfsgerecht abgerufen<br />

werden. Ein weiterer Vorteil ist die<br />

saubere Ausregelung, Analyse und stete<br />

Betriebsoptimierung <strong>der</strong> saisonalen Lastgänge<br />

im Sommer und Winter. Darüber<br />

hinaus können so die Übertrager in den<br />

Übergangsphasen zwischen den Jahreszeiten<br />

im idealen, nicht-laminaren Bereich<br />

arbeiten. Schließlich dient das Redundanz-<br />

Prinzip <strong>der</strong> Wärmeübertrager nicht zuletzt<br />

<strong>der</strong> Sicherung <strong>der</strong> Gesamtanlage und <strong>der</strong><br />

Wartungsfreundlichkeit.<br />

Flexibilität <strong>durch</strong> Betonraumzellen<br />

Für die Planer stellte sich die Frage, ob für<br />

die Anlage aufgrund <strong>der</strong> bevorstehenden<br />

Infrastrukturmaßnahmen eine Außeno<strong>der</strong><br />

Inneninstallation geeigneter wäre.<br />

Das Anlagenkonzept musste aufgrund <strong>der</strong><br />

bevorstehenden Um- und Neubauten am<br />

Campus Deutz autark, mobil und flexibel<br />

sein, um im Bedarfsfall an einen neuen<br />

Standort versetzt werden zu können. Die<br />

Lösung bestand in <strong>der</strong> Konzeption von<br />

zwei identischen, ortsverän<strong>der</strong>lichen<br />

Betonraumzellen. Diese wurden komplett<br />

anschlussfertig im Werk in Hoyerswerda<br />

vormontiert und dann getrennt nach <strong>Köln</strong><br />

transportiert. Am Zielstandort fügten die<br />

Monteure die beiden Elemente wie<strong>der</strong> zu<br />

einer funktionalen Einheit zusammen.<br />

Vorbildliche Umweltziele<br />

Der Technischen Hochschule <strong>Köln</strong> geht<br />

es jedoch nicht nur um eine effiziente<br />

Senkung <strong>der</strong> Betriebskosten, sie hat sich<br />

als Innovationszentrum für „Technology,<br />

Arts and Science“ ebenso dem nachhaltigen<br />

Umgang mit natürlichen Ressourcen<br />

und einer verbesserte Emissionsbilanz<br />

verpflichtet. Seit 2018 veröffentlicht<br />

die Technische Hochschule <strong>Köln</strong> eine<br />

Umwelterklärung, die sich unter an<strong>der</strong>em<br />

nach dem deutschen Nachhaltigkeitskodex<br />

für Hochschulen richtet. Ebenfalls<br />

Grundlage ihrer Umweltpolitik ist die<br />

europäische Verordnung EMAS und die<br />

internationale ISO 14001. Die energetische<br />

Anlagenmo<strong>der</strong>nisierung ist Teil<br />

des ganzheitlichen Nachhaltigkeitskonzepts<br />

ebenso wie die infrastrukturellen<br />

Sanierungen am Campus Deutz. Auch die<br />

Rheinenergie AG folgt im Verbund <strong>der</strong><br />

Stadtwerke-Unternehmen und zusammen<br />

mit <strong>der</strong> Stadt <strong>Köln</strong> ihrem Programm<br />

„Energie & Klima 2030“. Sie haben sich<br />

zum Ziel gesetzt, in <strong>der</strong> kommenden<br />

Dekade die CO 2<br />

-Emissionen anhand<br />

eines Sechs-Punkte-Plans im Vergleich<br />

zu den Werten von 1990 zu halbieren.<br />

Zum Erreichen seiner Vorgaben baut <strong>der</strong><br />

Energiedienstleister kontinuierlich sein<br />

Fernwärmenetz aus, dessen Energiequellen<br />

in KWK-Prozessen ortsnaher Heizkraftwerke<br />

bestehen. Die <strong>TH</strong> <strong>Köln</strong> sah<br />

sich in ihren Nachhaltigkeitszielen <strong>durch</strong><br />

Für die <strong>TH</strong> <strong>Köln</strong> war <strong>der</strong> Umstieg von Gas<br />

auf Fernwärme, die Optimierung ihres<br />

Netzbetriebs sowie die infrastrukturelle<br />

und anlagentechnische Mo<strong>der</strong>nisierung<br />

schon jetzt ein ökonomischer wie auch<br />

ökologischer Erfolg. Eine Reduktion <strong>der</strong><br />

Vorlauftemperaturen um 50 Grad Celsius,<br />

<strong>der</strong> Anlagenleistung um 50 Prozent und<br />

<strong>der</strong> CO 2<br />

-Ausstöße um 1.500 Tonnen p.a.<br />

sprechen für sich. Das neue <strong>Energiemanagement</strong><br />

<strong>der</strong> staatlichen Universität am<br />

Campus Deutz hat sich für den<br />

Betriebskostenhaushalt wie auch für die<br />

Umwelt gerechnet. Aktuell läuft in Deutz<br />

die Fortsetzung des energetischen<br />

Versorgungsprojekts: Nach Integration<br />

<strong>der</strong> speziell angepassten Wärmeübergabe-Technologie<br />

werden <strong>der</strong>zeit<br />

insgesamt elf Unterstationen neu<br />

installiert, um den Gesamtnetzbetrieb<br />

weiter zu optimieren. Zusammen mit<br />

<strong>der</strong> klimafreundlich erzeugten Fernwärme<br />

sind sie Wegbereiter für eine<br />

langfristig nachhaltigere und ökonomischere<br />

Objektbewirtschaftung.<br />

KARL GENTNER<br />

Jahrgang 1958<br />

Ausbildung/Studium Dipl.Ing. (FH)<br />

bis 1995 Fa. Daumac Regelarmaturen<br />

für Großkraftwerke<br />

1995 –2009 IV GentnerVertrieb FW-Übergabestationen<br />

und Plattenwärmeübertrager<br />

seit 2009 Geschäftsführer Yados Vertriebs<br />

GmbH<br />

Karl.Gentner@yados.de<br />

4 Auszug aus e|m|w Heft 06|2020


energate gmbh<br />

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D-45131 Essen<br />

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