Nahwärmekonzept Eggenstein

Sanierung Schul- und Sportzentrum verknüpft mit solarer Nahwärme

Installierte Großkollektoren auf dem Dach des Schulzentrums in Eggenstein
Installierte Großkollektoren auf dem Dach des Schulzentrums in Eggenstein

Die Sanierung des Sport- und Schulzentrums erfolgte in zwei Bau- abschnitten in der Zeit von 2005 - 2008, da der Schulbetrieb aufrecht erhalten werden musste.

Der Einsatz von Solardächern trug auch dazu bei, dass bei der Dachsanierung Kosten eingespart werden konnten.

Das Nahwärmesystem versorgt neben dem Schulgebäude auch zwei Sporthallen sowie das Hallenbad und Feuerwehr-gerätehaus mit Wärme.

 

Die Gebäude- und Heizsituation 1970 - 2000

Entstehung des Schul- und Sportzentrums Eggenstein

Das Schul- und Sportzentrum Eggenstein entstand 1970 mit dem Bau der Grund- und Hauptschule (Geschossfläche 4.150 m²), sowie 1971 mit dem Bau der ersten Dreifeldsporthalle, Halle A (Geschossfläche 2.100 m²). 1975 wurde es mit dem Bau eines Hallenbades (Geschossfläche 2.400 m²) erweitert.
Diese Gebäude entstanden alle vor Inkrafttreten der ersten Wärme-Schutzverordnung im Jahre 1977. Die Gebäude waren im damaligen Standard erbaut, d.h. mit wenig oder überhaupt keiner Dämmung der Gebäudehüllen, sowie großen Fensterflächen mit undichten, ungedämmten Rahmenkonstruktionen.

1987 wurde dem Zentrum noch ein Feuerwehrgerätehaus (Geschossfläche 1.550 m²) hinzugefügt. Es wurde so erbaut, dass es unverändert heute ins Solare Nahwärmesystem einbezogen werden konnte. Nur die Regelungen wurden für die neue zentrale Gebäudeleittechnik angepasst.

Diese insgesamt 10.200 m² Geschossfläche wurden von 1970 bis 1992 mit einer Heizöl-Kesselanlage 3 x 756 kW (2.268 kW) beheizt. Die Anlage stand im Keller der Grund- und Hauptschule. Im Jahr 1992 wurde auf Erdgasbetrieb umgestellt. Über ein 300 Meter langes erdverlegtes Nahwärmenetz fand der Wärmetransport in die einzelnen Gebäude statt. Dort waren Heizsysteme mit Systemtemperaturen bis hin zu 90 °C Vorlauf- (VL) und 70 °C Rücklauftemperatur (RL) in Verwendung. Jährlich wurden so bis zu 2.600.000 kWh Primärenergie-Einsatz zur Beheizung der 10.200 m² Geschossflächen (255 kWh/ m²/Jahr) benötigt.

Grund- und Hauptschule

4.150 m²

Dreifeldsporthalle (Halle A)

2.100 m²

Hallenbad

2.400 m²

Feuerwehrgerätehaus

1.550 m²

Gesamtgeschossfläche

10.200 m²

Situation zum Ende der 90er Jahre

Ende der 90er Jahre, nach bis zu 30 Jahren Betriebszeiten, wurden die Anlagen immer reparaturanfälliger. So wurde z.B. die Isolierung der erdverlegten Nahwärmeleitung durch Leckagen immer mehr durchnässt, was zu erheblichen Verlusten bei der Wärmeübertragung führte.Anstatt aufwendiger Teilsanierungen einzelner Anlagenteile wurde bewusst ein Investitionsstau zugunsten einer Gesamtsanierung des Zentrums herbeigeführt. Die Anlagen wurden daher mit „wenig“ Aufwand so optimal wie möglich weiterbetrieben.

Steigende Energiepreise, immer anfälligere Anlagentechnik sowie ein Umdenken beim Umweltbewusstsein veranlassten die Gemeindeverwaltung und den Gemeinderat 2001 zum Handeln.

Die Generalsanierung 2001 - 2010

Planungsphase

2001 wurde die Ingenieurgesellschaft Pfeil & Koch (PKi) aus Stuttgart damit beauftragt, für das gesamte Zentrum innovative Energiekonzepte zu entwickeln. Wunsch der Gemeinde war, zu einem erheblichen Teil regenerative Energie zum Einsatz zu bringen und somit zur Entlastung der Umwelt beizutragen.

Von 5 vorgestellten Energiekonzepten hat sich der Gemeindrat schließlich einstimmig für die Solare Nahwärme mit Langzeitspeicherung entschieden: Sonnenenergie aus dem Sommer einspeichern für den Winter, unterstützt durch Erdgas für den Restwärmebedarf, war das Ziel. Das gesamte Konzept – ab Planung – sollte in der Zeit von 2001 bis 2010 umgesetzt werden.

Die Ingenieurgesellschaft Koch & Pfeil führte zuerst eine detaillierte bauphysikalische Analyse aller Gebäude durch. Durch Simulation verschiedener Dämmungsarten wurde für jedes Gebäude die optimale und – im Hinblick auf die Investitionen – günstigere Dämmvariante ermittelt. Für einen hohen Wärmedämmstandard zur Verringerung der Transmissionsverluste, Erreichen geringer Lüftungswärmeverluste durch hohe Luftdichtheit sowie Minimierung des Einflusses von Wärmebrücken, wurden über die gesamte Bauzeit eine bauphysikalische Planung und eine bauphysikalische Qualitätssicherung durchgeführt.

Dazu wurde die Haustechnikplanung eng mit der Architektenplanung und der Bauphysik abgestimmt. Es wurden Thermografieaufnahmen vor und nach den Gebäudesanierungen gemacht - die die Wirksamkeit der durchgeführten Maßnahmen bestätigten.

Alle Gebäude sind so bauphysikalisch deutlich verbessert und zudem mit Heizsystemen ausge-stattet worden, die mit den für ein Solarsystem erforderlichen niederen Systemtemperaturen arbeiten können.

Umsetzung der Maßnahmen in den einzelnen Jahren

2002 wurde mit der Umsetzung begonnen. Als erstes wurden die alte Kesselanlage und das komplette 300 m lange Nahwärmenetz erneuert. Eingebaut wurde ein System aus Kunststoff für Vorlauftemperaturen (VL) von 60 °C und Rücklauftemperaturen (RL) von 30 °C.

2003 folgte der Neubau einer weiteren 3-Feldsporthalle (Halle B) mit 1.800 m² Geschossfläche, auf deren Sheddächern die erste Kollektorfläche mit 600 m² installiert wurde. Zeitgleich erfolgte der Einbau des 30 m³ Kurzzeitspeichers in der Heizzentrale der Schule. Mit dem Neubau der Sporthalle ist die zu beheizende Gesamtgeschossfläche nun auf 12.000 m² angestiegen.

2004 unterzog die Gemeinde die vorhandene Sporthalle (Halle A) aus dem Jahr 1971 einer Generalsanierung. Beide Sporthallen sind heute mit Heizsystemen für niedrige Systemtemperaturen ausgestattet, Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung und raumluftqualitätsabhängiger Regelung, die mit elektrisch betriebenen Fensterflächen zur natürlichen Belüftung der Hallen gekoppelt ist. Die Warmwasserbereitung für die Umkleiden erfolgt verbrauchsnah über Duschwasser-Stationen, die das Wasser im Durchlaufprinzip erwärmen. Damit entfällt das Legionellenproblem, weil keine Vorratshaltung mehr notwendig ist. Selbstredend der Einsatz von wassersparenden Duscharmaturen.

2005 / 2006 / 2007 / 2008 – in diesem Zeitraum wurde die Grund-, Haupt- und Werkrealschule generalsaniert. Da der Schulbetrieb aufrechterhalten werden musste, konnte die Sanierung nur in mehreren Abschnitten durchgeführt werden. Beide Hauptflügel erhielten dabei auf das bestehende Flachdach je ein geneigtes Solardach mit zusammen 1.000 m² Solarkollektoren. Unter dem Solardach sind Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung zur Belüftung der Unterrichtsräume installiert. Jeder Unterrichtsraum wird damit während der Heizperiode abhängig von der Raumluftqualität belüftet. Eine unkontrollierte Fensterlüftung mit Wärmeverlusten kann so unterbleiben. Der Einsatz von Gebäudetechnik im ganzen Zentrum ermöglicht die bedarfsabhängige Beheizung der Unterrichtsräume nach Stundenplan. Niedertemperatur-Heizsysteme und Warmwasserbereitung im Durchlaufprinzip sind auch hier Standard.

Aufbringen der Solarplatten
Aufbringen der Solarplatten
Bau  des Kies / Wasser-Wärmespeichers
Bau des Kies / Wasser-Wärmespeichers
 

2008 / 2009 erfolgte der Bau des Herzstücks der gesamten Anlage: der Langzeitspeicher in Form eines Kies-Wasserspeichers mit 4.500 m³ Volumen, davon 1.500 m³ Wasser. Dieser Speicher ist ein vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) gefördertes Gemeinschaftsobjekt der Universität Stuttgart und der Ingenieurgesellschaft Pfeil & Koch, zur Weiterentwicklung in der Erdbecken-Wärmespeichertechnologie. Er ist ein Forschungsobjekt und wird deshalb noch einige Jahre von der Universität Stuttgart wissenschaftlich begleitet.

Es ist nicht in herkömmlicher Betonbauweise erstellt, sondern besteht aus einer Folienhülle mit Bläh- und Schaumglasdämmung. Als Speichermedium wird hier nicht reines Wasser, sondern Kies und Sand (zurzeit aus dem Aushub) verwendet. Trägermedium für den Transport der Sonnenenergie aus den 1.600 m² Kollektorfeldern ist wiederum Wasser.

Der Vorteil dieser Speicherbauart liegt in seinen geringeren Baukosten gegenüber der Betonbauweise. Er kann auch wegen seines stabilen Speicherkerns aus Kies und Sand begangen und befahren werden.

2009 / 2010 wird das Hallenbad als letztes Gebäude des Zentrums einer Generalsanierung unterzogen. Bereits 2005 / 2006 hat es in Teilabschnitten eine Ertüchtigung der Gebäudehülle erfahren. Es wird nun auf den gleichen Standard wie die übrigen Gebäude gebracht werden, so dass zur Heizperiode 2010 / 2011 das Zentrum komplett saniert sein wird.

Das Solare Nahwärmekonzept als Film!

Über die Umsetzung des Konzepts wurde ein Film erstellt. Ein Klick auf den Link bringt Sie zur Präsentation des Solaren Nahwärmekonzepts auf youtube.de!

Zielsetzung der Gemeinde

Was war die Zielsetzung der Gemeinde?

Hauptziel war die Reduzierung des Engergieeinsatzes für den Schul- und Sportkomplex: Durch die energetische Sanierung aller Gebäude des Zentrums, angefangen von den Gebäudehüllen, über den Einsatz neuer Heiztechniken für niedere Systemtemperaturen, die passend für ein Solares Nahwärmkonzept sind, bis hin zum Einsatz von zentraler Gebäudeleittechnik, soll der Primärenergie-Einsatz von früher 2.600 MWh/Jahr auf künftig 1.400 MWh/Jahr absinken.

Weiter soll erreicht werden, dass durch das Solare Nahwärmesystem weitere 35 % Primärenergie mit eingespeicherter Sonnenenergie eingespart werden können. Der Primärenergie-Einsatz soll somit um 65 % auf 910 MWh/Jahr absinken, was auch ein CO2-Reduktion von 390 to/Jahr bringen soll.

Was wurde mit den Maßnahmen erreicht?

2009 wurde der Langzeitspeicher zum ersten Mal mit Solarenergie für die Heizperiode 2009 / 2010 geladen.

Vor der Sanierung wurden die 10.200 m² Geschossfläche mit 2.600 MWh/Jahr (dies entspricht 255 kWh/m²/Jahr) beheizt.

Nach der Sanierung ist die Geschossfläche durch die zweite Sporthalle auf 12.000 m² angewachsen und wird mit 1.400 MWh/Jahr beheizt werden, was eine Reduktion auf 116 kWh/m²/Jahr bedeutet, bei gleichzeitigem Anstieg der zu beheizenden Geschossfläche um 1.800 m².


Das Projekt wird zum ersten Mal als Sanierung im Gebäudebestand durchgeführt und soll als Anregung für andere Kommunen dienen. Es wurde von Bund und Land gefördert und wird wissenschaftlich von der Universität Stuttgart begleitet.

Aktuelle Situation / Erfahrungen

Nach Anfangsschwierigkeiten läuft die Anlage jetzt störungsfrei. Anfang 2014 wurden zudem turnusmäßige Wartungsarbeiten an den Solarkollektoren durchgeführt und die Anlagentechnik weiter verbessert.

Das Projekt spricht sich inzwischen immer mehr herum und zieht Interessierte aus nah und fern an - zuletzt hat eine Delegation aus Karlsruhe Ende Juli den Speicher und die Heizzentrale besichtigt.

Wegweisendes Wärmekonzept als Besuchermagnet - Bericht des Besuchs einer Delegation aus Karlsruhe Ende Juli 2014

Wegweisendes Wärmekonzept als Besuchermagnet

Uwe Fischer, der Experte für Technik und Energie im Rathaus, erläuterte am 28. Juli 2014 Fachleuten die Funktionsweise des solaren Nahwärmekonzepts mit Langzeitspeicher, welches beim Schul- und Sportzentrum im Buchheimer Weg seinen Dienst tut.

15 Besucher vom Amt für Hochbau und Gebäudewirtschaft der Stadt Karlsruhe, dem Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW) Uni Stuttgart, Vertreter der Karlsruher Energie- und Klimaschutzagentur (KEK), des Energie-und Arbeitskreises Karlsruhe und weitere hörten interessiert unserem kommunalen Energiemanager Fischer zu und bombadierten ihn und die ortsansässige, ins Projekt eingebundene Firma Weiland mit Fragen zur komplexen Anlage.

Besuch Karlsruher Delegation am 28.07.2014 - Besichtigung Langzeitwärmespeicher
Besuch Delegation Karlsruhe am 28.07.2014 - Besichtigung Heizzentrale

Die Fachleute interessierten sich insbesondere für den laufenden Betrieb, die Störanfälligkeit der 1.600 m² großen Kollektorfläche, die bereits durchgeführten Verbesserungsmaß-nahmen und die allgemeinen Erfahrungen.

Es zeigt sich, dass unser in dieser Dimension funktionierendes System immer mehr Interessierte anzieht. Für die kommenden Monate haben sich bereits weitere Gruppen angemeldet, unter anderem hat die technische Universität aus Italien ihren Besuch angekündigt.

 

Langzeitwärmespeicher - Bericht des Besuchs von Experten aus Südkorea Anfang Dezember 2014

Besuch von Experten südkoreanischer Ministerien

Unser kommunaler Energiemanager Uwe Fischer konnte wieder Experten als Besucher unseres Langzeitwärmespeichers im Buchheimer Weg begrüße.

Eine vierköpfige Delegation aus Südkorea und Dirk Mangold, der Institutsleiter von Solites, informierten sich vor Ort über dieses wegweisende Wärmekonzept. Solites ist ein Forschungsinstitut für solare und zukunftsfähige thermische Energiesysteme.

Die Südkoreaner sind Experten aus dem Bereich Energieforschung vom Wissenschaftsministerium und dem staatlichen Energieforschungsinstitut. 

Die Fachbesucher interessierten sich unter anderem für die bisher gesammelten Erfahrungen und durchgeführten Veränderungen.

Besuch Delegation aus Südkorea am 2.12.2014 - Besichtigung Heizzentrale
 

Anfang Oktober haben zudem Mitarbeiter einer technischen Universität aus Italien die Anlage besucht.

Es zeigt sich, dass unser nach Anfangsschwierigkeiten nun funktionierender Langzeitwärmespeicher - ein in dieser Dimension funktionierendes System ist selten - immer mehr Interessierte anzieht. Auch 2015 wird Herr Fischer wieder einigen Fachleuten die Anlage präsentieren.

Zuständiger Mitarbeiter

Schmidt, Harald

Haustechnik

Wir haben Ihnen hier einen Flyer eingestellt, aus dem Sie die wesentlichen Informationen entnehmen können. Gerne steht Ihnen auch der zuständige Sachbearbeiter zur Verfügung.

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