Wärmepumpe nutzt Brennerei-Abwärme für Schule und Wohngebäude

Im Vorhaben ISWK (Innovatives Strom- und Wärmekonzept im 'Zweitälerland') wird von August 2020 bis Juli 2024 ein Strom- und Wärmeversorgungskonzept für ein Bestandsquartier in Gutach im Breisgau entwickelt und umgesetzt. Herzstück des Quartiers ist die Grundschule Zweitälerland, deren Wärmebedarf in Zukunft über eine Wärmepumpe gedeckt werden soll. Als Wärmequelle dient Abwärme einer nahe gelegenen Destillerie, die als kalte Nahwärme eingebunden wird.

Zusätzlich zur Schule sollen 5 Mehrfamiliengebäude, die ebenfalls an der geplanten kalten Nahwärmetrasse liegen, eingebunden werden. Das Energiekonzept beinhaltet darüber hinaus ein PV-Feld zur Stromerzeugung, einen großen thermischen Niedertemperatur-Pufferspeicher auf der Quellenseite der Wärmepumpe und ein Wasserstoffsystem zur lokalen Speicherung von Überschussstrom im Sommer.

Die Projektpartner wollen zeigen, dass durch die geschickte Verknüpfung von neuen Technologien auch in einem Bestandsgebäude die von der Bundesregierung geforderte Primärenergieeinsparung von 80 Prozent gegenüber 2008 – und die damit einhergehende Reduktion an Treibhausgasemissionen – erreichbar ist. Dafür arbeiten die Gemeinde Gutach im Breisgau, die aleon GmbH, die SCHOLZE-THOST GmbH, die caldoa GmbH, das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und die TU Clausthal zusammen. Die Förderung des Projektes ISWK (FKZ 03EGB0026) erfolgt durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestags.

Für das Quartier erstellen die Partner ein Strom- und Wärmekonzept, das dem klimaneutralen Standard für Gebäude im Jahr 2050 entspricht. Der Wärmebedarf der Zweitäler-Schule soll durch Wärmepumpen gedeckt werden, wobei die industrielle Abwärme der Elztalbrennerei als Niedertemperatur-Wärmequelle für das LowEx-Wärmeversorgungskonzept genutzt wird. Aus dieser wird zunächst in einen Eisspeicher eingespeist, der auch mit besonderem Fokus auf der Optimierung dessen Hydraulikeinkopplung untersucht wird.

Die an der geplanten Nahwärmetrasse gelegenen kommunalen Mehrfamilienhäuser werden ebenfalls an die Niedertemperatur-Wärmequelle angeschlossen. Als Ersatz für die konventionellen Heizkörper werden Klimadecken installiert, mit denen die Räume geheizt und gekühlt werden können. Dies ermöglicht durch Absenkung der Vorlauftemperaturen im Heizfall einen effizienten Betrieb des Wärmepumpensystems. Als Folge sollen die CO₂-Emissionen für die Gebäudeheizung um rund 75 Prozent sinken.

Auf den Dächern der Schule soll eine Solaranlage installiert werden. Bei einer nutzbaren Fläche von 420 qm ist eine jährliche Stromerzeugung von rund 95 MWh möglich, wovon etwa 20 Prozent direkt in der Schule genutzt werden können. Zur Erhöhung der Eigenverbrauchsquote ist der Anschluss eines Elektrolyseurs geplant. Der erzeugte Wasserstoff wird gespeichert und dient als saisonaler, dezentraler Speicher für den PV-Strom. Der erzeugte Wasserstoff kann im Winter rückverstromt werden und die dabei anfallende Abwärme ebenfalls für die Heizung der Schule genutzt werden.

Für die optimierte Betriebsführung dieses flexiblen Anlagenparks sorgt ein Energiemanagementsystem (EMS), mit dessen Hilfe zusätzlich Systemleistungen wie z.B. Regelleistung oder der Strombezug bei negativen Strompreisen angeboten werden können. Für den netzdienlichen Betrieb werden prognosebasierte Regelungsalgorithmen entwickelt und getestet.

Die Abwärme zur Beheizung soll aus der Elztalbrennerei kommen. Denn diese betreibt zwei Gas-Brenner mit jeweils rund einem Megawatt Leistung, deren Abwärme bislang in die Atmosphäre abgegeben wurde. Im Zuge der Erweiterung der Elztalbrennerei um eine 5.000 Quadratmeter große Logistikhalle wurden 2016 bereits Wärmetauscher installiert, mit deren Hilfe die Abwärme weitergeleitet werden kann. Über Wärmetauscher wird bereits ein Heizsystem mit knapp 250 kW inklusive eines Pufferspeichers für die drei Hallen sowie die dazugehörigen Sozialräume betrieben.