Wärmeversorgung

Produzierendes Gewerbe und Industrie wenden die meiste Energie für die Erzeugung von Wärme für technische Prozesse auf. Prozesswärme ist daher für viele Unternehmen ein bedeutender Kostenfaktor.

Viele Betriebe sind auf Dampferzeugung, Brennöfen oder Trocknungsanlagen angewiesen. Nach Angaben der Deutschen Energieagentur können durch energetische Optimierungs- und Modernisierungsmaßnahmen Einsparungen von durchschnittlich 15 % bei der Prozesswärme erzielt werden.

Blockheizkraftwerke (BHKW) erreichen eine sehr hohe Energieeffizienz durch die gleichzeitige (gekoppelte) Erzeugung von Wärme und Strom. Dies wird auch durch den Begriff Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) beschrieben. Im Kern handelt es sich um einen Motor, der einen Generator zur Stromerzeugung antreibt. Die Abwärme aus Motor und Abgas wird zum Heizen genutzt. Mit dem Brennstoff wird also nicht nur geheizt, sondern gleichzeitig auch Strom erzeugt. BHKW gibt es in einem großen Leistungsspektrum von ca. 5 kWel bis >1.000 kWel elektrischer Leistung, vom kompakten Modul für den Heizkeller bis zum großen Schiffsdiesel. Damit lässt sich für nahezu jeden Anwendungsfall vom Mehrfamilienhaus bis zum großen Industriebetrieb die passende Anlage finden. Als Brennstoff kommt in den meisten Fällen Erdgas zum Einsatz.

Die Wirtschaftlichkeit muss in jedem Einzelfall untersucht werden. In der Regel sind BHKW dort, wo der erzeugte Strom zu einem großen Teil selber genutzt werden kann und Strombezug verdrängt, wirtschaftlich zu betreiben. BHKW finden sich in zahlreichen Projekten, die von der Solares Bauen GmbH betreut wurden. Detaillierte Informationen zu BHKW finden Sie hier: www.bhkw-jetzt.de

Referenzbeispiele
Schöck Bauteile GmbH / Baden Baden (Energetische Sanierung Gebäude, Heizung, MSR)
Wohnhaus Scheffelstr. 48 (Baujahr 1899), Sanierung Heizung, Solarstromanlage, Stromspeicher / Freiburg
LBZ St. Anton / Riegel

Die Nutzung erneuerbarer Energien umfasst außer Sonne, Wind und Wasser auch die nachwachsenden Rohstoffe, das heißt alle Formen von Biomasse. Hierunter fallen zum Beispiel Holz, Rapsöl, Grünschnitt, Mais und andere. Auch Gülle und Mist aus der Tierhaltung werden im erweiterten Sinne zur Biomasse gerechnet.

Holz wird in der Gebäudeenergieversorgung in zwei verbreiteten Formen genutzt: als Holzhackschnitzel sowie als Holzpellets. Außerdem kommt zunehmend wieder stückiges Scheitholz in Kaminöfen zum Einsatz. Holzhackschnitzelfeuerungen erfordern anlagentechnisch einen höheren Aufwand und kommen daher eher in größeren Objekten zum Einsatz. Pelletsfeuerungen sind durch den genormten Brennstoff auch im kleinen Leistungsbereich für die Versorgung von Einfamilienhäusern verfügbar.

Rapsöl kann als Treibstoff für BHKW eingesetzt werden. Aufgrund der negativen ökologischen Bewertung von Rapsöl als Treibstoff wurde die Förderung durch das EEG nicht fortgeführt. Dadurch ist der Einsatz von Rapsöl-BHKW in der Energieversorgung wirtschaftlich uninteressant.

Biomasse wie Gülle und Mist sowie Mais, Grünschnitt etc. werden in Biogasanlagen zur Gewinnung von Biogas eingesetzt. Überwiegend wird dieses Biogas vor Ort in BHKW zur Stromerzeugung genutzt.

Zum Teil wird Biogas auch ins Erdgasnetz eingespeist. Einige Versorgungsunternehmen bieten daher die Möglichkeit, Biogas oder Erdgas mit z.B. 10% Biogas-Anteil zu beziehen. Damit können sowohl Heizungsanlagen als auch BHKW virtuell mit Biogas betrieben werden.

Referenzbeispiele
Solvis I/II: Neubau und Erweiterung Produktions- und Verwaltungsgebäude / Braunschweig
Hering Fertigteilwerk / Burbach-Holzhausen
juwi AG Firmensitz (Bauabschnitt I bis III) / Wörrstadt
Supfina / Neubau Produktions- und Verwaltungsgebäude / Wolfach

Geothermie im Kontext der Gebäudeversorgung meint in der Regel die Nutzung der oberflächennahen Geothermie. Hierzu zählen die Grundwassernutzung und die Nutzung der Erdwärme über Erdwärmekollektoren und Erdwärmesonden. Die Nutzung der oberflächennahen Geothermie für die Gebäudeheizung oder Warmwasserbereitung erfordert den Einsatz einer Wärmepumpe, um die Temperatur vom Niveau der Erdwärme (7-12°C) auf ein nutzbares Niveau anzuheben (siehe hierzu auch à Wärmepumpe).

Die Nutzung des Grundwassers als Wärmequelle erfordert die Errichtung eines Saug- und eines Schluckbrunnens. Hierfür ist eine wasserrechtliche Genehmigung erforderlich. Durch den hohen Aufwand für die Brunnen ist diese Variante eher für größere Gebäude wirtschaftlich interessant.

Erdwärmekollektoren sind in geringer Tiefe verlegte Rohrleitungen. Sie haben den Nachteil, dass im Winter die Temperatur in den oberen Erdschichten absinkt.

Höhere und auch im Winter konstante Temperaturen lassen sich mit Erdwärmesonden erreichen. Das sind senkrechte Bohrungen, die in Tiefen von 50 bis 150 m vorgebracht werden. Sie können in Anlagen unterschiedlicher Größe eingesetzt werden, von ein oder zwei Sonden zur Beheizung kleiner Wohngebäude bis hin zu Systemen zur Versorgung von Büro- und Gewerbebauten oder ganzen Wohnanlagen.

Allen Varianten gemeinsam ist, dass die Systeme im Sommer auch zur Gebäudekühlung oder Klimatisierung eingesetzt werden können.

Referenzbeispiele
E-Werk Mittelbaden / Lahr
TriHAUS / Arnsberg

In Abgrenzung zur Fernwärme bezeichnet die Nahwärmeversorgung die zentrale Wärmeversorgung mehrerer Liegenschaften aus einer gemeinsamen Heizzentrale in einem engen räumlichen Zusammenhang, z.B. ein Firmengelände, eine Siedlung, eine benachbarte Gebäudegruppe. Der technische Unterschied zur Fernwärme besteht in den niedrigeren Systemtemperaturen, in der Regel betragen die Vorlauftemperaturen maximal 90°C.
Der Zusammenschluss mehrerer Gebäude zu einem Nahwärmeverbund eröffnet die Möglichkeit, in der gemeinsamen Heizzentrale effiziente Technologien einzusetzen, die für jedes Einzelgebäude nicht wirtschaftlich wären, wie z.B. BHKW, Holzhackschnitzelheizung u.a. Außerdem kann der Anschluss an ein Nahwärmenetz eine wirtschaftliche Alternative zur Errichtung oder Erneuerung einer Heizungsanlage im einzelnen Objekt sein.
Dem Zugewinn an Energieeffizienz der Zentralanlage müssen die zusätzlichen Wärmeverluste im Verteilnetz gegengerechnet werden. Den Investitionen des Nahwärmenetzes stehen die Kosteneinsparungen durch die Vermeidung der Einzelanlagen (bzw. deren Erneuerung) gegenüber.

Referenzbeispiele
Verwaltungsgebäude Pollmeier Massivholz GmbH / Creuzburg
Denios AG / Bad Oeynhausen

Solarthermie ist die direkte Nutzung der Sonnenenergie zur Wärmeerzeugung mittels Sonnenkollektoren. Die Sonnenkollektoren werden direkt von der Wärmeträgerflüssigkeit, in der Regel ein Wasser-Glycol-Gemisch, durchströmt. Flachkollektoren zeichnen sich durch einfachen und robusten Aufbau und geringe Systemkosten aus. Sie kommen vor allem in der Warmwasserbereitung zum Einsatz.
Bei Röhrenkollektoren befinden sich die Absorberflächen in Glasröhren, in denen ein Vakuum herrscht. Dies reduziert die Wärmeverluste im Gegensatz zu einem Flachkollektor erheblich. Damit werden auch bei geringer Strahlung noch ausreichende Temperaturen erreicht, wodurch auch ein Einsatz zur Heizungsunterstützung möglich ist.
Die Solarthermie ist eine ausgereifte und jahrelang bewährte Technologie zur Nutzung der Sonnenenergie. Durch die stürmische Entwicklung des Photovoltaik ist die Solarthermie etwas ins Hintertreffen geraten. Unter den Gesichtspunkten Primärenergieeinsparung und Wirtschaftlichkeit ist mittlerweile die Nutzung von Dachflächen für PV-Systeme interessanter (siehe auch à Photovoltaik).
Referenzbeispiele
Solvis I/II: Neubau und Erweiterung Produktions- und Verwaltungsgebäude / Braunschweig
Baugruppe Kleehäuser (Zerohaus), Freiburg

Wenn von Wärmepumpen gesprochen wird, sind in der Regel elektrisch betriebene Kompressions-Wärmepumpen gemeint. Der Vorteil der Wärmepumpe besteht darin, dass sie keinen Gasanschluss, Öltank oder Pelletsspeicher und keinen Kamin benötigt. Der Nachteil besteht darin, dass die Antriebsenergie Strom etwa viermal so teuer ist wie Brennstoff und einen etwa 2,5-mal so hohen Primärenergieaufwand aufweist. Daher muss die Wärmepumpe eine hohe Leistungszahl (auch COP oder Jahresarbeitszahl) erreichen, um energetisch und wirtschaftlich konkurrenzfähig sein zu können.

Die Leistungszahl ist unmittelbar abhängig vom Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und Nutzwärme, der möglichst gering sein sollte. Optimale Bedingungen bestehen z.B., wenn als Wärmequelle Grundwasser (12-15°C), Erdwärme oder Abwärme genutzt werden können und eine Fußbodenheizung vorliegt, die Nutzwärme bei max. 35°C benötigt. Ungünstige Bedingungen sind eine Heizung mit Vorlauftemperaturen von >60°C und als Wärmequelle die Außenluft mit Minusgraden.

Insbesondere immer dann, wenn Abwärme z.B. aus Produktionsprozessen, aus Hallenabluft o.ä. anfällt und gleichzeitig an anderer Stelle geheizt werden muss (Büro, Warmwasser), kann der Einsatz einer Wärmepumpe eine energetisch und wirtschaftlich interessante Option darstellen. 

Absorptionswärmepumpe

 

Im Gegensatz zur Kompressions-Wärmepumpe nutzt die Absorptions-Wärmepumpe als Antriebsenergie nicht Strom, sondern Brennstoffenergie, z.B. einen Gasbrenner. Statt eines mechanisch angetriebenen Kompressors kommt ein Lösungsmittelkreislauf zum Einsatz. Im Unterschied zu einem Gaskessel wird nicht nur die im Brennstoff enthaltene Energie zu Heizzwecken genutzt, sondern darüber hinaus Energie aus der Umgebung aufgenommen. Dadurch kann ca. das 1,5-fache der eingesetzten Energie für die Heizung nutzbar gemacht werden.

Für den Einsatz in der Gebäudeheizung wurden insbesondere für den Einfamilienhausbereich Absorptionswärmepumpen entwickelt. Den Einsparungen beim Brennstoff von 30-40% gegenüber einem Brennwertkessel müssen die höheren Investitionen gegenübergestellt werden. Auch hier gilt, dass die Einsatzbedingungen bezüglich Wärmequelle und Temperaturniveau der Heizung beachtet werden müssen.