Energiekonzept "its privacy monastere"
Energiekonzept zum Bauvorhaben in Düsseldorf-Unterrath
Die Konzeption der gewählten Technik zur Wärmeversorgung des Wohnquartiers zeigt die innovative Kombination der ressourceschonenden 3 Teilsysteme Geothermie, Klimawand mit Solar-Absorber zur Warmwassererzeugung und Aquiferwärmespeicher auf. Die gewählten Techniken erlauben das Erreichen des ökologischen Anspruchs in Verbindung mit einer sehr guten Wirtschaftlichkeit.
Als Hauptkomponente der zentralen Wärmeerzeugungsanlage des Wohngebäudekomplexes mit 38 Wohneinheiten wird eine erdgekoppelte Wärmepumpenanlage eingesetzt. Als Wärmequellen werden Erdwärme und Sonnenenergie in Kombination genutzt. Die Sonnenenergie, die mittels der in der Klimawand integrierten Flächenabsorber gewonnen wird, erwärmt vorrangig Warmwasserspeicher zur Brauchwassernutzung. Die in den Sommermonaten anfallende, solare Überschusswärme wird anschließend über das Erdwärmesondenfeld in den natürlichen Aquifer geleitet und dort bis zur Heizperiode in den Lockergesteinen gespeichert. Die gespeicherte Wärme steht dann der Wärmepumpenanlage zur Heizwärmeversorgung zur Verfügung und bewirkt eine bedeutende Optimierung der Erdwärmenutzung.
Die 28 Einfamilienhäuser werden dezentral mit Geothermie versorgt. Jedes Haus erhält eine eigene, unabhängige Geothermieanlage in Form einer Erdwärmesonde und einer Wärmepumpe. Erdgekoppelte Wärmepumpen bieten eine bewährte, umweltfreundliche und wirtschaftliche Lösung zur Wärme-, Kälte- und Brauchwasserversorgung von Einfamilienhäusern. Durch eine passive Kühlfunktion der Wärmepumpen im Sommer, kann auch hier ein Teil der solaren Überschusswärme im Aquifer gespeichert und im Heizfall wieder erschlossen werden.
Der geringe Mehraufwand pro Einheit für die zukunftsweisende Heizungstechnik gegenüber einer konventionellen Technik wird in kurzer Zeit durch Einsparungen bei den Betriebskosten amortisiert.
Die Erschließung der regenerativen Energiequellen
Geothermie
Zur Wärmeversorgung der geplanten Gebäude wird oberflächennahe Geothermie in Kombination mit Elektro-Sole/Wasser-Wärmepumpen eingesetzt. Die Erdwärmebohrungen werden Teufen von 80 m bis 140 m erreichen.
Das tiefere Erdreich im Baugebiet weist das ganze Jahr über stabile Temperaturen von etwa 11°C auf. Die Energie für diese Wärme stammt zum einen aus dem Wärmefluss von Erdinneren zur Eroberfläche und zum anderen aus dem mit Sonnenwärme beladenem Grundwasser, welches die mächtigen Pakete aus Kies und Sand ganzjährig durchströmt.
Zur Erschließung dieser Energie werden Erdwärmesonden aus Kunststoffrohr in Erdbohrungen eingesetzt und mit einem Gemisch aus Wasser und umweltverträglichem Frostschutzmittel befüllt. Diese Flüssigkeit, die so genannte Sole, nimmt die Erdwärme auf und transportiert sie zur Wärmepumpe im Gebäude. Die Wärmepumpe entzieht der Sole die gewonnene Erdwärme und erhöht dabei in ihrem Kompressionskältekreislauf die Temperatur auf das in der Heizung erforderliche Niveau. Der so genannte Kältekompressor benötigt dazu elektrische Energie. Die Menge der benötigten elektrischen Energie beträgt nur knapp ¼ der gesamten erforderlichen Heizwärme.
Aquiferwärmespeicher
Der Aquifer im Baugebiet besteht aus grundwassergesättigten quartären Kies-Sanden bis in ca. 25 m u. GOK bzw. grundwassergesättigten tertiären Feinsanden bis unter Endteufe der Erdwärmesonden. Der Aquiferwärmespeicher wird mit solarer Überschusswärme aus den Solarabsorbern und der Wärmelast aus der passiven geothermischen Gebäudekühlung beladen.
Als Aquifer werden grundwasserführende Gesteinsschichten, sog. Grundwasserleiter, definiert. Der Aquifer im Bereich des Wohnquartiers besteht aus grundwasserführenden, Kiesen und Sanden und wird von den Erdwärmesonden durchteuft.
Im gleichen Maße, wie die Erdwärmesonden dem Erdreich und dem Grundwasser Wärme entziehen können, können sie bei einem Überangebot an Wärme diese auch dort auch wieder einbringen. Dabei nehmen Aquifere die Wärme generell erheblich besser auf, als trockene Erdschichten.
Der Aquifer im Baugebiet wird durch die Erdwärmesonden mit der solaren Überschusswärme aus der Solarabsorberwand bzw. Klimawand im Sommer beladen und stellt diese Wärme der Gebäudeversorgung in der Heizperiode wieder zur Verfügung.
Ein zusätzlicher Wärmebeitrag kommt aus den versorgten Gebäuden selbst. Bei der passiven Gebäudekühlung durch Geothermie wird den im Sommer aufgeheizten Räumen über die Fußbodenheizung Wärme entzogen und über die Erdwärmesonden in das kühle Erdreich abgeführt.
Solarenergie aus der Klimawand
Das geplante Wohngebiet wird zur Straße "An der Piwipp" durch die 4,30 m hohe und knapp 50 m lange Klimawand abgetrennt. Nach Süden, zur Straße hin, wird die Stahlbetonwand mit Solarabsorbern ausgestattet, die Solarenergie für die Warmwasserversorgung des Wohngebäudekomplexes gewinnen.
Die Solarabsorber bestehen aus Stahlplatten, die von der Sonneneinstrahlung erwärmt werden und die Wärme an Rohrschlangen auf ihrer Rückseite ableiten. Die Wärme wird von einem Wasser/Frostschutzmittelgemisch abgeführt und in der Technikzentrale zur Trinkwassererwärmung eingesetzt.
Der voraussichtliche solare Wärmeeintrag aus der Absorberwand reicht in Summe aus, um die erforderliche Wärmemenge für die Warmwasserbereitung bereitzustellen. Auf Grund der saisonalen Unterschiede in der Solarstrahlung kann es jedoch im Sommer zu einem Überangebot an Wärme kommen, während im Winterhalbjahr nicht ausreichend Energie geliefert wird.
Daher wird der sommerliche Wärmeüberschuss mittels der Erdwärmesonden in den Untergrund geleitet und im Aquifer gespeichert. Im Winter wird die Warmwasserbereitung hauptsächlich von der Wärmepumpenanlage übernommen, die dann wieder auf die gespeicherte Wärme im Aquifer zugreift.
Klimaschutz
Gegenüber einer Wärmeversorgung durch Erdgas-Brennwerttechnik werden im Mittel mehr als 40% der Treibhausgasemissionen vermieden. Durch den umfangreichen Einsatz erneuerbarer Energien können im Projekt "An der Piwipp" insgesamt knapp 100 Tonnen CO2 pro Jahr eingespart werden.
Initiative der Stadtwerke Düsseldorf AG
Mit dem Innovationswettbewerb als Instrument für das Investorenauswahlverfahren und der vertraglichen Fixierung zur Nutzung erneuerbarer Energien haben die SWD bereits in der Projektierungsphase die grundlegenden Weichen für eine deutliche Einsparung an THG (Treibhausgasen) gestellt.
Die SWD, Abteilung Technologie-Entwicklung/Erneuerbare Energien, ist nun mit der Endkonzeption und Ausführungsplanung zum Bau der Energieanlagen beauftragt und sorgt somit unmittelbar für energetisch hochwertige Lösungen zur Nutzung von erneuerbaren Energien auf dem ehemaligen Grundstück der SWD. Zielsetzung hierbei ist, unter streng wirtschaftlichen Rahmenbedingungen, ausgereifte technische Lösungen zur Umsetzung zu führen, die mit einem Mindestmaß an Primärenergie auskommen und somit geringst mögliche Emissionen an THG verursachen.
