Energetische Quartierlösungen - Effiziente Wärmeübergabe sichert klimaschonenden Netzbetrieb

Mobilität + Stadtentwicklung
Quelle: Pandion AG
Energetische Quartierlösungen
Effiziente Wärmeübergabe sichert
klimaschonenden Netzbetrieb
Die Klimaschutzziele stellen Städte und Gemeinden vor große Aufgaben. Gefragt sind energetische
Quartierlösungen, die im Neubau und im Bestand zur Senkung des Primärenergiebedarfs beitragen.
Eine Option dafür sind moderne Wärmenetze. Damit lassen sich erneuerbare Energien und Abwärme
in größerem Umfang in die Wärmeversorgung integrieren. Das Bauprojekt »Wohn- und Geschäftsquartier
Gallwitz-Kaserne Bonn-Duisdorf« zeigt das große Potenzial nachhaltiger KWK-Fernwärme
im Verbund mit optimierter Wärmeübergabe und effizienter Trinkwassererwärmung.
Im Jahr 2016 erwarb die Pandion AG
das 76 000 m 2 umfassende Areal der in
den 1930er Jahren ursprünglich als Artilleriekaserne
erbauten Gallwitz-Kaserne
im Bonner Stadtteil Duisdorf. 2017
wurde die komplette Liegenschaft abgebrochen.
Bereits Mitte des Jahres 2018
startete die erste Bauphase des neuen
Wohn- und Geschäftsquartiers »Pandion
Ville«. Bis 2024 sollen im groß angelegten
Bauprojekt 520 neue Wohnungen
mit insgesamt 42 000 m 2 Wohnfläche,
rund 13 000 m 2 Gewerbefläche mit Bürogebäuden
und Möglichkeiten zur Nahversorgung
sowie eine Kindertagesstätte
und ein Jugendtreff entstehen.
Im September 2020 wurde der erste
Bauabschnitt abgeschlossen, die 160
neu entstandenen Wohneinheiten
sind größtenteils bezogen. Aktuell befindet
sich das Projekt im zweiten Bauabschnitt.
Dieser soll bis Anfang 2022
fertiggestellt und übergeben werden.
Im Anschluss beginnt der dritte Bauabschnitt.
Weitere Bauprojekte sind bereits
in Planung.
Die Wärmeversorgung im neuen Quartier
haben die Stadtwerke Bonn Energie
und Wasser (SWB EnW) übernommen.
Als Contracting-Partner versorgt
der Energiedienstleister künftig das gesamte
Areal mit nachhaltiger Fernwärme
aus dem Heizkraftwerk Nord in der
Weststadt.
10 4 | 2022

Mobilität + Stadtentwicklung
Besonderes Augenmerk bei der Planung
und Umsetzung des Heizwärme- und
Warmwasserversorgungkonzepts galt
der Anlagentechnologie. Ziel ist es, eine
nachhaltige und präzise Wärmeversorgung
mit gleichzeitiger Reduzierung der
Rücklauftemperatur zu erreichen. Die
Technologie zur Wärmeübergabe und
Trinkwarmwassererwärmung (TWE)
stammt von der Yados GmbH.
Ganzheitliche Quartierentwicklung
schafft mehr als Wohnraum
Städten und Kommunen kommt eine
zentrale Rolle bei der Erreichung der
Klimaziele zu. Immerhin leben heute
mehr als die Hälfte aller Menschen
in Städten und rund 80 % der globalen
Treibhausgase werden dort emittiert.
Entstehen neue Quartiere oder
wird im Bestand saniert, gilt es daher,
nicht nur die sozialen Belange der Bewohner
zu berücksichtigen, sondern
auch wirtschaftliche, ökologische und
zukunftssichere Versorgungslösungen
zu realisieren. Dieser Aufgabe hat sich
die SWB EnW verschrieben. Und das
mit Erfolg. So stammt zum Beispiel der
Strom für die Kunden in Bonn zu 82 %
aus erneuerbaren Energien.
Die Versorgung mit nachhaltiger Fernwärme
gehört seit den 1950er Jahren
zum Portfolio der Stadtwerke Bonn.
Dafür spricht neben dem Aspekt der
Versorgungssicherheit auch deren geringer
Primärenergiefaktor. Dieser beträgt
derzeit 0,25 bei einem CO 2 -Emissionsfaktor
CO 2 (eq.) von 0 g/kWh. Erreicht
wird dies vor allem durch den
Einsatz von Kraft-Wärme-Kopplung
(KWK) und Hausmüll als »nachwachsenden
Rohstoff«.
Das überzeugte auch die Pandion AG.
»Wir haben schon frühzeitig mit dem
Wohnentwickler Gespräche geführt und
die Vorzüge unserer Fernwärme dargelegt.
Stichworte waren hier Primärenergiefaktor,
nachhaltig, ökologisch
und preisgünstig. Damit und mit unserem
Dienstleistungsportfolio konnten
wir überzeugen«, erinnert sich Thorsten
Ellmann, Fachbereichsleiter Energiedienstleistungen
(EDL) der SWB EnW.
Das Fernwärmenetz in Bonn ist zurzeit
rund 120 km lang. Angeschlossen sind
mehr als 2 700 Gebäude. Dazu gehört
nun auch das Wohn- und Geschäftsquartier
der ehemaligen Gallwitz-Kaserne
Bonn-Duisdorf. In der Endausbaustufe
wird das bestehende Fernwärmenetz
durch den Anschluss von »Pandion
Ville« um über 600 m länger sein.
Quelle: Yados GmbH
Bild 1. Die Wärmeübergabestation Yado Pro sorgt für die Wärmeübertragung zwischen
Wärmenetz und Gebäudeheizungsanlage und gewährleistet eine stabile Netzführung.
Planungs- und Systemkompetenz
sichert maximale Technologieleistung
Um den hohen Kundenanforderungen
und den eigenen Ansprüchen gerecht zu
werden, setzte die SWB EnW von Anfang
an auf eine fundierte und belastbare
Planung sowie auf erprobte Hocheffizienztechnologien
zur anforderungsspezifischen
Realisierung des neuen Netzabschnitts.
Schließlich lassen sich Effizienzpotenziale
bereits bei Planung und
Bemessung eines Leitungsnetzes mit
Übergabestationen und TWE-Anlagen
ausschöpfen.
Maßgeblich für den späteren bedarfsgerechten
Fernwärmenetzbetrieb sind
niedrige Rücklauftemperaturen, die
die thermische Übertragungskapazität,
Volumenströme, vorhandene Strömungs-
und Wärmeverluste und den
elektrischen Pumpaufwand beeinflussen.
Abhängig von der Temperaturdifferenz
zwischen Vorlauf und Rücklauf
verringert sich der primäre Volumenstrom.
Beispielsweise reduziert sich
der Heizwasservolumenstrom bei einer
Vorlauftemperatur von 80 °C und einer
Senkung der Rücklauftemperatur von 55
auf 40 °C um 30 %. Gleichzeitig führt ein
verminderter Volumenstrom zu weniger
Strömungsverlusten. Die damit verbundenen
Einsparoptionen können sich sehen
lassen: Ein geringer Volumenstrom
ermöglicht kleinere Rohrleitungsquerschnitte
und Pumpengrößen, da durch
den geringeren Strömungsverlust der
benötigte Pumpendifferenzdruck fällt.
Das reduziert den Energiebedarf und
sorgt für eine schwächere thermische
Beanspruchung des Installationsmaterials
– was sich spürbar auf Wirtschaftlichkeit
und Amortisationszeit des Gesamtsystems
auswirkt.
Als Projektpartner für die Planung und
Umsetzung der energetischen Versorgungslösung
konnte die Yados GmbH
gewonnen werden. Das Unternehmen
bietet zum einen umfassende Planungsund
Systemkompetenz im Bereich Fernwärmenetzsysteme
und begleitet energetische
Vorhaben von der Planung bis
zur Inbetriebnahme. Zum anderen fertigt
das Unternehmen maßgeschneiderte,
bedarfsspezifische Wärmeübergabekomponenten
sowie ein patentiertes
TWE-System, das die Anforderungen
der geltenden Trinkwasserverordnung
mit optimaler Systemeffizienz wie der
Reduzierung der Heizwasserrücklauftemperatur
verbindet.
Stabile und ökologische
Netzführung dank smarter
Wärmeübergabestationen
Für die Übergabe netzseitig bereitgestellter
Wärmeenergie an angeschlossene
Quartiere, Gebäudekomplexe und
Industrieanlagen sorgen intelligente
Übergabestationen. Je präziser diese
arbeiten, desto effizienter ist die Netzführung
und desto geringer sind die
Transmissionsverluste. Für das neue
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Wohn- und Geschäftsquartier in Bonn-
Duisdorf fertigte die Yados GmbH sechs
indirekte Fernwärme-Kompaktstationen
Yado Pro mit jeweils 2 Heizkreisen und
nachgeschalteter rücklaufoptimierter
Trinkwassererwärmung im Speicherladeprinzip
– weitere werden im Projektverlauf
folgen (Bild 1).
Die flexiblen Wärmeübergabestationen
verbinden das Fernwärmenetz mit den
Gebäudeheizungsanlagen. Als regulierende
Verbindungseinheit zwischen Versorger-
und Verbraucherseite übergeben
die Stationen das Wärmemedium je nach
aktueller Abnahmeanforderung druck-,
temperatur- und bedarfsspezifisch an die
hydraulisch über einen Plattenwärmeübertrager
getrennte Kundenseite. DDC-
Regelungen berechnen die notwendigen
Vorlauftemperaturen entsprechend den
Witterungsverhältnissen sowie den Zeitund
Komfortvorgaben der Nutzer.
Die bodenstehenden, modular erweiterbaren
Übergabestationen wurden entsprechend
den technischen Anschlussbedingungen
(TAB) der SWB EnW und
den kundenseitigen Anforderungen
nach Planungsvorgabe objektspezifisch
geplant und gefertigt. Neben der Verwendung
standardisierter Baugruppen
können die Anlagen grundsätzlich frei
konfiguriert werden.
Patentiertes Trinkwassersystem für
Effizienz und Hygiene
Die Trinkwarmwasserbereitung wird
durch das patentierte Trinkwassersystem
Aqua PR im Speicherladesystem
realisiert. Es ermöglicht die optimale
Nutzung der eingesetzten Primärenergie
und erfüllt die hygienetechnischen
Regelwerksvorgaben der Trinkwasserverordnung
(Bild 2).
Das System basiert auf einem zweistufigen
Speicherladesystem, bei dem
durch Nutzung hoher primärer Vorlauftemperaturen
der Heizwasservolumenstrom
deutlich verringert werden kann
und sich heizwasserseitig niedrige Rücklauftemperaturen
erzielen lassen. Diese
liegen ganzjährig bei maximal 40 °C. Die
Senkung der primärseitigen Rücklauftemperatur
führt zu einer spürbaren Reduktion
des benötigten Volumenstroms.
Das wirkt sich positiv auf die Bilanz der
Anlage aus: Wärmeverluste in der Installation
werden minimiert und die Energieaufwände
für den Pumpenbetrieb
spürbar verringert.
Dies gelingt durch eine spezielle Schaltung
des Vor- und Nachwärmers (Plattenwärmeübertrager).
Dabei wird der
Quelle: Yados GmbH
Bild 2. Trinkwassererwärmer Yado Aqua PR mit zweistufigem Speicherladesystem
Zirkulationsvolumenstrom durchgehend
erwärmt, sodass im Trinkwarmwasser-
Pufferspeicher eine optimale Schichtung
erreicht wird – und dies unter Einhaltung
der hygienerechtlich geforderten Trinkwarmwassertemperatur.
Im Prozess der Speicherladung wird die
Trinkwarmwassertemperatur des Zirkulationsvolumenstroms
im Nacherwärmer
zunächst auf 60 °C erhöht. Parallel
kühlt Wasser aus dem Trinkwarmwasserspeicher
den Heizwasservolumenstrom
im Vorerwärmer ab. Wird über die
Zapfstelle im oberen Teil des Speichers
Warmwasser entnommen, fließt kaltes
Wasser in den unteren Teil des Pufferspeichers
nach. Dabei kommt es zu einer
stabilen Temperaturschichtung, bei der
keine größere Mischzone durch Wärmeströmung
entsteht.
Wird dem Pufferspeicher über längere
Zeit, zum Beispiel nachts, kein Wasser entnommen,
strömt kein Kaltwasser in den
unteren Speicherbereich nach. Das restliche
kalte Wasser wird vom Warmwasser
so lange verdrängt, bis im Trinkwarmwasserspeicher
60 °C erreicht sind. Erst
dann steigt die Primärrücklauftemperatur
wieder an. Die kontinuierliche Erwärmung
des Zirkulationsvolumenstroms im
Rücklaufauskühlungsbetrieb vermeidet
(hydraulisch) Stagnationswasser innerhalb
des Trinkwassernetzes und gewährleistet
die Einhaltung der thermischen
Vorgaben zur Legionellenprävention.
Fazit
Bei der Planung und Bebauung des
Areals der ehemaligen Gallwitz-Kaserne
Bonn-Duisdorf ist es Architekten,
Planern und ausführenden Gewerken
gelungen, unterschiedliche Wohnund
Nutzungsansprüche gesamtheitlich
zu gestalten und zu integrieren.
Das i-Tüpfelchen ist die Umsetzung
der energetischen Quartierversorgung
durch die Projektpartner SBW EnW und
Yados. Das Konzept reduziert nicht nur
Energiebedarf und Kosten für Betreiber
und Kunden, sondern kann in Sachen
Klimaschutz als Blaupause für künftige
kommunale und städtebauliche Entwicklung
dienen.
>> marcus.gigl@yados.de
>> www.yados.de
Marcus Gigl,
Vertriebsleiter,
Yados Vertriebs GmbH, Aalen
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