„Kaltes“ Nahwärmenetz spart jährlich 40.000 kg CO2

02.03.17 | Oberflächennahe Geothermie

 

Infrastrukturskizze zur Ausbaustufe 1.

Grüne, bewaldete Hügel und sanfte Täler mit lebendigen Flussläufen – wer in Nümbrecht wohnt, weiß die schöne Natur des Oberbergischen Landes zu schätzen. Kein Wunder also, dass sich die Bürger der Gemeinde im Jahr 2008 an die Gremien der Gemeindeverwaltung und an die Geschäftsführung der Gemeindewerke Nümbrecht (GWN) als rein kommunales Unternehmen wandten mit der Bitte, Alternativen für die klassische Verbrennung von Öl und Gas zur Wärmeversorgung anzubieten. Wichtig war es ihnen, dabei individuelle Finanzierungsmöglichkeiten auch für die Bürger zu entwickeln, denen sich beispielsweise aufgrund ihres Alters oder ihrer wirtschaftlichen Situation kein Zugriff auf Fremdkapital bietet.

Dieses Anliegen wies angesichts der enormen Kostenbelastung insbesondere für private Haushalte aufgrund des damaligen Preisniveaus für fossile Energieträger (Heizöl: 1,00 €/L und Erdgas 9ct/kWh) neben Umweltschutzaspekten auch soziale Bedeutung auf. Zu dieser Zeit hatte die Geschäftsführung der GWN bereits entschieden, für die Stromversorgung ausschließlich regenerativ erzeugten Strom anzubieten, teilweise generiert über eigene Solastromanlagen oder bezogen aus zertifizierten Wasserkraftanlagen.

Pilotprojekt startete innerhalb von nur zehn Monaten

Nur rund zehn Monate brauchte es, bis aus dem Anliegen der Bürger ein erstes Pilotprojekt entstand. In Nümbrecht-Büschhof konnten bereits ab Beginn der Heizperiode 2008/2009 über zentral in der Ortschaft installierte Hocheffizienz-Luft/Wasser-Wärmepumpen neun Bestandsgebäude trotz hohem Temperaturvorlauf mit regenerativer Wärme versorgt werden. Aber das sollte nur der Anfang sein: Die GWN entwickelten den Versorgungsansatz weiter hin zum Kalte-Nahwärmenetz. Die Ende 2010 begonnene Planung der vollständig regenerativen Wärmeversorgung eines Neubaugebietes in Nümbrecht-Sohnius-Weide sollte nun zeigen, dass mit einem um rund ein Drittel gegenüber Büschhof geringeren Energieeinsatz auch etwa 20 Gebäude zuverlässig und zu wettbewerbsfähigen Konditionen zu versorgen sind. Um die Wettbewerbsfähigkeit unter Beweis zu stellen, bestand, wie im Pilotprojekt Büschhof auch, kein Anschluss- oder Benutzungszwang für die Bauherren des am Rande der Ortschaft Nümbrecht gelegenen Neubaugebiets.

Die zuständigen Entscheider aus den Gremien von Kommunalverwaltung und den Gemeindewerken nahmen sich das erfolgreich betriebene Wärmenetz des Pilotprojektes zum Vorbild, und so wurde 2011 die Entscheidung über das Wärmeversorgungsangebot im Neubaugebiet gefällt. Schon Anfang 2012 erfreuten sich die Bewohner des ersten bezugsfertigen Neubau-Wohnhauses an der Wärme aus dem regenerativen Nahwärmenetz. Insgesamt entschieden sich mehr als zwei Drittel der Bauherren im Zuge der Planung ihres Gebäudes für die „Wärmelieferung aus der Straße“, zu Konditionen, die mit denen einer alternativen Eigeninvestition vergleichbar oder günstiger sind.

Keine Umweltbelastung beim Heizen – selbst bei klirrender Kälte

Derzeit sorgt die Umweltenergie in Sohnius-Weide in 13 Gebäuden auch in strengen Wintern für wohlige Wärme ohne Klimabelastung. „Es hat schon was, wenn man an extrem kalten Wintertagen am Rande eines mit regenerativen Umweltenergien versorgten Wohngebietes steht und von diesen Gebäuden heute und in Zukunft bei hohem Wohnkomfort keine Umweltbelastung (mehr) ausgeht“, freut sich die Geschäftsführerin der GWN, Marion Wallérus. Zwischen 110 und 290 qm beträgt die Wohnfläche der Häuser, diese werden zuverlässig mit insgesamt 200.000 kWh im Jahr versorgt. Für zwei weitere im Bau befindliche Häuser beantragten die Bauherren einen Anschluss an das Wärmenetz.

Wie funktioniert die »Kalte« Nahwärme?

Bei der Kalten Nahwärme wird, ähnlich der klassischen „heißen“ Nah- oder Fernwärme, Energie für Heizzwecke leitungsgebunden zu den zu beheizenden Objekten geleitet. Während bei der klassischen Nah- oder Fernwärme heißes Wasser mit Temperaturen von 50 bis teilweise über 100 Grad Celsius im Netz zirkuliert und ohne weiteren Wärmeerzeuger in den zu beheizenden Objekten für Raumheizung und Warmwasserbereitung sorgt, ist das Leitungsnetz der Kalten Nahwärme mit einem Frostschutzmittel/Wasser-Gemisch, der sogenannten Sole, gefüllt. Die Sole bewegt sich in einem Temperaturbereich von im Regelfall -5 bis +20 Grad Celsius, deshalb die im Vergleich zur klassischen Nahwärme gewählte Bezeichnung „Kalte Nahwärme“. Der Vorteil dieser Technik ist, dass so nicht nur auf die Dämmung der Nahwärmeleitungen verzichtet werden kann, sondern diese auch noch zusätzlich Energie aus dem Erdreich aufnimmt.

Hohe Effizienz durch oberflächennahe Geothermie

Die Energie der klassischen Nah- und Fernwärme wird üblicherweise zentral in einem Heizwerk durch BHKW und/oder Heizkessel erzeugt. Der Nachteil dieser Technologie, die Wärmeverluste der Rohrleitung. Die Wärmeverluste resultieren letztlich aus der vergleichsweise hohen Temperaturdifferenz zwischen dem heißen Heizungswasser in den Rohren und dem kalten umgebenden Erdreich.

Im kalten Nahwärmenetz ist das umgebende Erdreich während der Heizperiode meistens wärmer als die Sole selbst. Im Verlauf der hier nicht gedämmten Netzleitungen entstehen somit Energiegewinne, nicht selten bis zu 50 Watt je laufendem Meter Leitungslänge. Diese so gewonnene Energie (oberflächennahe Geothermie) wird von Wärmepumpen in den zu beheizenden Gebäuden entzogen und die im Anschluss abgekühlte Sole wieder an das Netz abgegeben. Diese Sole erwärmt sich wieder im Laufe ihrer Zirkulation im Netz aufgrund der umgebenden Erdwärme und der Prozess beginnt wieder von neuem. Bei einer größeren Zahl von Gebäuden an einem Kalten Nahwärmenetz kann es sein, dass die Erdwärme (Umweltwärme) im Umfeld der Netzleitungen nicht ausreicht, um alle zu beheizenden Gebäude zu versorgen. In diesem Fall können andere regenerative Wärmequellen, wie beispielsweise auf der Sohnius-Weide eine solarthermische Anlage oder gesammeltes Regenwasser oder Abwasser, ihre enthaltene Energie in die Sole einspeisen. Die Effizienz der so gewonnenen Wärme ist unerreicht, in Verbindung von mit Ökostrom betriebenen Wärmepumpen zudem vollständig regenerativ.

Hocheffizienz-Wärmepumpen im Einsatz

Die Jahresarbeitszahl (JAZ) der installierten 13 Hocheffizienz-Wärmepumpen ergab im mehrjährigen Mittel durchschnittlich 4,23. Dies bedeutet, dass die Wärmepumpe mindestens das Vierfache der eingesetzten Elektroenergie liefert. Die Leistung der installierten Wärmepumpen wurde entsprechen der Erforderlichen Heizleistung gewählt. Dabei kamen Wärmepumpen mit 6,8,11 und 18 kW zum Einsatz. Die Geräte werden monovalent betrieben, der Einsatz des Elektroheizstabs als zweiter Wärmeerzeuger ist auf den Notbetrieb bei Betriebsstörungen und den erhöhten Wärmebedarf der Estrichtrocknung während der Bauphase beschränkt.

Die Temperaturen im Netz betragen jahreszeitabhängig im Netzvorlauf) zwischen +4 und +21 Grad Celsius. Den Frostschutz im Netz stellt ein umweltverträgliches, nicht toxisches Frostschutzmittel sicher, ausgelegt auf eine Frostschutztemperatur von -15 Grad Celsius.

Oberflächennahe Geothermie gekoppelt mit Vakuum-Kollektoren

Die Trasse erstreckt sich derzeit über rund 450 Meter, ausgeführt über insgesamt etwa 1.200 Meter PE-Rohr (Nenngröße DN65). Die Wärmegewinnung erfolgt primär über die Rohrleitung die im Trassenverlauf in rund 1,5 bis 2 Meter Tiefe, im (Erd-)Flächenkollektor (ca. 2 Meter Tiefe) verlegt wurden. Zusätzlich erfolgt ein Wärmeeintrag über die Regenwasser-Zisternen (ca. 1,5 bis 4 Meter Tiefe). Neben den Gewinnen über die oberflächennahe Geothermie trägt die solarthermische Anlage (ca. 43 qm Kollektorfläche mit Vakuum-Kollektoren) relevant zum Wärmeeintrag in das Nahwärmenetz bei.

Die Gesamtinvestitionskosten (ohne Abzug der Förderung) für Infrastruktur zuzüglich aller Nebenkosten (Vermessung etc.) und inclusive der Wärmepumpen betragen 320.000 Euro. Gefördert wurde diese Maßnahme mit 49.000 Euro für die Wärmepumpen (Förderung je einzelne Hocheffizienz-Wärmepumpe) aus BAFA-Mitteln. Für die solarthermische Anlage sind ca. 17.500 Euro aus KfW-Mitteln bewilligt.

Hohe CO2-Einsparungen und Vorbild-Funktion für Nachahmer

Da es sich beim Wohngebiet Sohnius-Weide um ein Neubaugebiet handelt, kann die CO2-Einsparung nur anhand fiktiver Vergleichsszenarien angegeben werden. Würde das Neubaugebiet mit Erdgas-Brennwert-Heizungen statt über die installierte Nahwärmelösung beheizt, beträgt die erreichte Einsparung ca. 40.000 kg CO2 im Jahr. Mit den noch anstehenden Neubauten steigt die Einsparung auf jährlich 50.00 bis 60.000 kg.

Für die Konzeption von zukunftsweisenden Nahwärmekonzepten liefert das Kalte-Nahwärmenetz zur regenerativen Wärmeversorgung wertvolle Erfahrungen. Es erfüllt ökologisch, ökonomisch und technisch die gestellten Erwartungen und zeigt, dass der Erhalt der Umwelt ohne Komforteinbußen im Hinblick auf die Wärmeversorgung gestaltet werden kann.

Seit fünf Jahren ist das Projekt nun ein Erfolg und jetzt geht es weiter: Homburg-Bröl und Benroth, gelegen am Rand von Nümbrecht, sollen als potenzielle Versorgungsgebiete für Kalte Nahwärme erschlossen werden. Hier soll versucht werden weitere Wärmequellen z.B. der Ablauf eines Klärwerkes in das Konzept kalte Nahwärme einzubinden.

Weitere Information zum Projekt des Monats finden sie: hier