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2010-02: Energie in Gemeinden

Nachhaltige Gebäude

Abbildung 1:Windrad zur Stromgewinnung für die Versorgung der Regenwasser-Umwälzpumpe für Biotop und freie Wasserfläche (Foto: König)

Die Nonnen von San Francesca am Rande von Tokio betreuen schon seit 75 Jahren elternlose Kinder an verschiedenen japanischen Orten. Das neue Mädchenwohnheim für junge Erwachsene ist als Ergänzung von San Francesca Tokio im Dezember 2008 fertig geworden und hat die ersten fünf volljährigen Mädchen aufgenommen. Bei neuen Gebäuden des Ordens werden Windkraft, Solar- und Regenwassertechnik integriert.

Mädchenwohnheim San Francesca in Tokio/Japan

Von Klaus W. König *

Konstruktion und Haustechnik

Die soziale Mission der Nonnen von San Francesca hat auch eine ökologische und eine baubiologische Komponente. Ressourcen der Natur sollen geschont werden durch den Einsatz energiesparender und CO₂-neutraler Haustechnik. Zum Heizen im milden Winter Tokios genügen Solarthermie-Röhrenkollektoren, an kalten Tagen wird ein Zimmerofen mit Holzfeuerung im Aufenthaltsraum zusätzlich in Betrieb genommen. Regenwasser wird zu 100 % auf dem Grundstück zurück gehalten, teilweise durch Dachbegrünung und Biotop verdunstet, teilweise zur Grundwasseranreicherung versickert. Ein Regenspeicher gewährleistet die Wasserversorgung im Notfall. Aus dem Überlauf des Regenspeichers werden Biotop und Sickerschacht gespeist. Die dazu nötige Pumpe bezieht ihren Strom aus Fotovoltaik und Windkraftanlage.
Bei der Auswahl der Baumaterialien war neben dem sorgsamen Umgang mit der Natur auch das gesundheitliche Wohlergehen der Bewohnerinnen ein Motiv, die so genannte Baubiologie.
Für eine so spezielle Aufgabenkombination gibt es in Japan bisher nur wenige Architekten. Hiroshi Kamiya ist einer von ihnen. Der 60-jährige, seit 1990 mit seinem Büro Suikei-Design selbstständig, leitet im Land der aufgehenden Sonne mehrere interdisziplinäre Fachgruppen zum ökologischen Bauen und zum Grundwasserschutz. Zusätzlich unterrichtet er an der Hosei-Universität in Tokio. Kamiya, auch Planer für einen Teil der Weltausstellung 2005 in Aichi/Japan, war zum Informationsaustausch bereits mehrmals in Deutschland. Er ist Mitglied der Fachvereinigung Betriebs- und Regenwassernutzung fbr in Darmstadt. „In Japan gewinnt Wasser-Recycling zunehmend an Bedeutung“, meinte Kamiya im Gespräch mit Dietmar Sperfeld, Fachreferent der fbr. „Doch Deutschland ist in dieser Technologie weltweit führend, insbesondere bei der Filtertechnik.“

Filter made in Germany

Regenwassernutzung war eine der Wasser-Sparmaßnahmen, die in Hessen von 1992 bis 1997 durch die Landesregierung gefördert wurden. In dieser Zeit erlebte Wisy den Aufschwung mit der Neuentwicklung seiner Regenwasserfilter. Seit 1998 ist die Firma in Japan bekannt und ist dort zum Inbegriff für deutsche Regenwassertechnik geworden. Die patentierten Filtersammler und Wirbelfeinfilter waren de Attraktion bei der internationalen Messe im August 1998 in Sumida City, einem Stadtteil Tokios. Viel Aufmerksamkeit schenkten die japanischen Ingenieure diesen Produkten, weil sie mehr als 90 % Wasserertrag „ernten“ bei gleichzeitig freiem Querschnitt zur Ableitung von Schmutz- und Restwasser.
Architekt Kamiya war einer der ersten, der diese sich selbst reinigenden Filter in japanischen Projekten eingesetzt hat. Im Jahr 2001 präsentierte er auf Einladung von Wisy bei den internationalen Regenwassertagen in Mannheim Ergebnisse und neue Ideen seines Architekturbüros. Der Gründer von Wisy, Norbert Winkler, ist am Austausch mit solchen Pionieren in Fernost interessiert. „Die Stückzahlen im Japangeschäft sind inzwischen stabil. Auch das Regenwasser-Museum in Sumida zeigt unsere Produkte.“
Das weltweit erste Regenwassermuseum wurde im Jahr 2001 von Dr. Makoto Murase eingerichtet. Als Mitarbeiter im öffentlichen Gesundheitsdienst und Umweltbeauftragter bekam er von seiner Stadtverwaltung, eine leer stehende Grundschule zur Verfügung gestellt. Ab 2011 wird das Regenwassermuseum umziehen in ein neues Gebäude am Fuße des Fernsehturmes Tokio Sky Tree, dem dann mit 610 Metern höchsten Turm der Welt. Dieser soll nach seiner Fertigstellung in 2 Jahren das digitale Sendezeitalter in Japan eröffnen und ein Wahrzeichen für erdbebensicheres Bauen sein. Die Konstruktion aus Stahl wurde im Juli 2008 begonnen, der Turmschaft ragt bereits deutlich über die umliegenden Geschäftshäuser im Stadtteil Asakusa hinaus.

Nachwachsende Rohstoffe

Architekt Kamiya und die Bauherrschaft des Mädchenwohnheims San Francesca gingen einen Schritt weiter, als nur das ökologisch beste Material zu bestellen. Sie hatten den Ehrgeiz, den Kindern des Heimes den Zusammenhang von Natur und Stadt, die Bedeutung regionaler Kreislaufwirtschaft und den Wert des Waldes für den natürlichen Wasserhaushalt zu vermitteln. Aus seiner Arbeitsgruppe für Grundwasserschutz im Raum Tokio kennt Kamiya die Tama-Region als Trinkwassereinzugsgebiet der Metropole, speziell das Dorf Kosuge. „Eine gute Bewirtschaftung des Waldes sichert langfristig die Trinkwasservorräte Tokios“, weiß Kamiya. „Die Waldbesitzer-Genossenschaft leistet in diesem Sinne hervorragende Arbeit. Deshalb unterstützen wir sie durch Bestellen unseres Bauholzes direkt dort.“ Er war mit einer Auswahl der 50 hier wohnenden Kinder auf Exkursion in Kosuge. Gemeinsam wurden die zu fällenden Bäume im Wald bestimmt.
Einen weiteren Aspekt des natürlichen Wasserkreislaufes erleben die Kinder von San Francesca im Garten, wo ein Windrad den Gleichstrommotor der Umwälzpumpe antreibt, mit der gesammeltes Regenwasser aus der unterirdischen Zisterne in das Biotop gefördert wird, - und in einen oberirdisch stehenden kleinen Regenspeicher. Der ist zur Bewässerung durch Kinder gedacht, daher leicht erreichbar aufgestellt. An ihm können sich Kinder bedienen, um mit kleinen Gießkannen eigenverantwortlich Pflanzen zu bewässern. An einem seitlich angebrachten Pegelrohr kann der Wasserstand im Speicher optisch einfach kontrolliert werden. Der Niederschlag vom Dach füllt den Regenspeicher immer wieder auf, Überläufe werden auf dem Gelände zur Grundwasseranreicherung versickert.

Regenwassertechnik

Für die Wasserqualität und den störungsfreien Betrieb ist das entscheidende Bauteil einer Regenwassernutzungsanlage der Filter. Zum Speicher, unterhalb der Bodenplatte in Ortbeton gegossen, führen 2 Fallrohre mit jeweils einem Filter - made in Germany. Ohne den Leitungsquerschnitt zu verengen, sitzt die Filterhülse als zylindrisches perforiertes Bauteil mit 0,28 mm Filterfeinheit in der Wandung des Zulaufrohres. Dies ermöglicht den so genannten Schmutzverwurf (Filtertyp C gemäß DIN 1989-2: 2004-08). Gefilterte Partikel werden in die Abwasserleitung abgespült, ohne den Filter zu verstopfen oder entsorgt werden zu müssen. Daraus resultiert ein hoher Wirkungsgrad und eine lange Standzeit, d. h. hohe Wasserausbeute, gute Reinigungsleistung, lange Reinigungsintervalle. Laut DIN 1989-1 muss ein solcher Filter nur noch ein Mal pro Jahr gereinigt werden.
Architekt Hiroshi Kamiya hat seit vielen Jahren gute Erfahrung mit Wisy-Filtern bei seinen Projekten in Japan gemacht. Ihn fasziniert die Tatsache, dass die physikalische Wirkungsweise der Wisy-Filter auch den so genannten First Flush abtrennt. Bis das gesamte Filtergewebe benetzt ist, fließen die ersten Liter des Dachablaufes in die Versickerung. Damit gelangen die Ablagerungen vom Dach und die im Niederschlag gelösten Bestandteile der Luftverschmutzung zum großen Teil nicht in den Speicher. Natürlich werden sich über die Jahre durch feinste Schwebstoffe Sedimente am Speicherboden ablagern. Doch diese Sedimentation als 2. Reinigungsstufe ist gewollt. Um diesen selbsttätig ablaufenden Prozess der Sedimentation zu begünstigen, ist der Speicher mit Schwellen in 4 Kammern geteilt. Der Regenwasserzulauf erfolgt in die 1. Kammer, die Entnahme mit einem schwimmenden Ansaugfilter von Wisy ist in der 4. Kammer installiert. Durch diese Sorgfalt und durch den konsequenten Schutz vor Tageslicht ist der gespeicherte Regenwasservorrat unbegrenzt lagerfähig – eine Voraussetzung für die Verwendbarkeit im Katastrophenfall. Kamiya schätzt die klaren Vorgaben der DIN 1989 für die Regenwassertechnik in Deutschland. Sein Ziel ist, in Japan eine Norm für Regenwassernutzung einzuführen, nach deutschem Vorbild. Er leitet die Fachgruppe Regenwasser beim Architectural Institute of Japan AIJ in Tokio.
Die Teilnehmer prüfen die Übertragbarkeit der deutschen Norm auf japanische Verhältnisse. Im Oktober 2009 waren Mitglieder der Initiative zu Besuch bei der DIN-Verwaltung in Berlin im Rahmen einer Exkursion.
Wie einst Francesca Cabrini, die Ordensgründerin, um die Welt gereist war in sozialer Mission und von der Notwendigkeit ihres Tuns überzeugt, so reisen heute Umweltexperten wie Hiroshi Kamiya von einem Kontinent zum anderen auf der Suche nach Umwelt schonender Haustechnik und schaffen Orte nachhaltigen Bauens. Das Mädchenwohnheim San Francesca ist ein solcher Ort – sozial und ökologisch.

Abbildung 2: Außenwaschbecken mit Doppelanschluss Trinkwasser (links) und Regenwasser Foto: König

Abbildung 3: Oberirdischer Regenwassertank, für Kinder zur Bewässerung leicht erreichbar aufgestellt Foto: König

Abbildung 4: Wirkungsweise selbst reinigender Regenwasserfilter Grafik: Wisy

*) Dr. Klaus W. König (Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!) ist Architekt, Sachverständiger für Bewirtschaftung und Nutzung von Regenwasser, Fachjournalist und Vorstandsmitglied der Fachvereinigung für Betriebs- und Regenwassernutzung (fbr), Überlingen [^]

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2010-02: Energie in Gemeinden

Nachhaltige Gebäude

Abbildung 1:Bürogebäude in Weiz als Beispiel einer musterhaften Sanierung

Im Rahmen des Projektes „Energy in Minds!“ zeigen die teilnehmenden österreichischen Partner Weizer Energie Innovationszentrum (W.E.I.Z.), Feistritzwerke STEWEAG und AEE INTEC in Zusammenarbeit mit den 17 Gemeinden der Energieregion Weiz-Gleisdorf, dass durch die Umsetzung verschiedenster Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz und des Einsatzes erneuerbarer Energieträger eine signifikante Verringerung des Bedarfs an fossilen Energieträgern bewirkt werden kann.

Energieeinsparung durch -beratung
1039 quick Checks in der Energieregion Weiz-Gleisdorf

Von Andrea Dornhofer-Breisler *

Binnen 5 Jahren ist der Ausstoß an Treibhausgasen durch hochwertige Gebäudemodernisierungen, der Installation von Solar- und Photovoltaikanlagen, der Biomassenutzung von Pellets bis zu Pflanzenöl um über 20% gesunken. Ein wesentlicher Schwerpunkt war dabei die Häuser in der Energieregion auf deren Energieverbrauch zu untersuchen – sogenannte Quick Checks durchzuführen – und gemeinsam mit den Hausbesitzern, Möglichkeiten der Sanierung auszuarbeiten.

Abbildung 2: Das Bürogebäude vor der Sanierung

Kostenlose Quick-Checks

Dabei wurde den Bewohnern der Energieregion sowohl die Überprüfung des Energiebedarfs, als auch eine nachfolgende Sanierungsberatung kostenlos angeboten. Dieser Energie „Quick Check“, durchgeführt von MitarbeiterInnen der AEE INTEC und des W.E.I.Z, ist einerseits ein Angebot an die Gebäudeeigentümer um Sie für die energetische Sanierung ihres Objektes zu sensibilisieren, andererseits gibt er aber auch bereits eine grobe Abschätzung über das Einsparungspotential.
Im Projektzeitraum von 2005 bis 2010 ist es gelungen über 1000 Quick Checks auszuarbeiten und zu analysieren. Diese große Zahl konnte nur durch die intensive Zusammenarbeit mit den Gemeinden und den regionalen Medien erreicht werden.

Abbildung 3: 1039 Quick Checks durchgeführt

Um zu dieser großen Anzahl von Daten (Energieverbrauch, Größe des Hauses, Heizmittelbedarf) zu kommen, wurden verschiedene Fragebögen gestaltet und diese an die Bewohner der Energieregion verschickt. Der erste Erhebungsbogen, mit dem das Interesse und die grundsätzliche Bereitschaft zu Energiesparmaßnahmen abgefragt wurden, konnte mit Unterstützung von Regional- und Gemeindezeitungen an alle 40.000 Einwohner der Energieregion gebracht werden.
Nach Einlangen dieser Anmeldeblätter wurden die Absender persönlich kontaktiert und gebeten einen 3-seitigen Fragebogen auszufüllen, wo detailliertere Angaben von den Objektbesitzern angefordert wurden (genaue Flächen, Energieverbrauch, Baujahr des Gebäudes, Art der Wandaufbauten, Fensterbestand, bzw. bereits durchgeführte Sanierungen, Warmwasserbereitung usw.). Mit diesen Daten wurde eine Berechnung lt. OIB durchgeführt.
Von AEE INTEC wurde dazu ein excel-geführtes Berechnungstool ausgearbeitet, mit dem recht einfach eine überschlagsmäßige Energiekennzahl berechnet werden konnte. Dabei wurden für den „Quick Check“ die Nutzfläche, der Heizmittelverbrauch und die Anzahl der Personen im Haushalt herangezogen.
Bei Objekten mit großem Sanierungspotential und bei Gebäuden, wo die Hauseigentümer Interesse für eine umfassende Modernisierung zeigten, wurden detaillierte Berechnungen durchgeführt. Dabei wurden mehrere Sanierungsvarianten ausgearbeitet, wobei für die Auszahlung einer Förderung aus dem EU-Programm eine Energiekennzahl von unter 60 kWh/m²a erreicht werden musste. Obwohl der Zuschuss mit EUR 15,- pro m² Nutzfläche von der EU-Kommission sehr bescheiden angesetzt war und die Anforderung, mehr als 30% besser zu sanieren als Ortsüblich, doch sehr ambitioniert war, konnten doch im Endeffekt 44 Privathaushalte zu einer hochwertigen Sanierung motiviert werden.
Nachfolgend 2 Beispiele von Gebäude-Modernisierungen, bei denen im Rahmen von „Energy in minds!“ ein Quick Check durchgeführt wurde und, nachdem die Eigentümer Interesse an einer Sanierung gezeigt hatten, auch eine umfassende Beratung nachfolgte. Mit dem Förderzuschuss von „Energie in minds!“ haben sich die Gebäudeeigentümer auch verpflichtet Aufzeichnungen über den Energiebedarf nach der Sanierung zu führen und so konnte auch noch ein breites Monitoring der Sanierungsgebäude durchgeführt werden.

Beispiele einer musterhaften Sanierung ein Einfamilienhaus in Weiz.

Bei diesem Einfamilienhaus mit einer Gesamt Wohn-Nutzfläche von 150m² konnte durch ein Zusammenspiel – Concerto – verschiedener Maßnahmen eine hochwertige Modernisierung des Gebäudes erreicht werden.
Das Gebäude im Bestand hatte eine 30 cm dicke Ziegelwand mit keiner Dämmung, das Dachgeschoß war ebenso ungedämmt wie der Keller und die oberste Geschoßdecke. Die Fenster im unteren Geschoß stammten noch aus dem Jahr 1964 und hatten einen U- Wert um die 2,7 W/m²K, im Obergeschoß des Hauses waren Aluminiumfenster mit einem U-Wert von ca. 2,3 W/m²K eingebaut. Das Haus hatte einen Ölverbrauch von über 4000 Liter und so war eine umfassende Sanierung mehr als notwendig.
Im Zuge der Sanierung wurde die oberste Geschoßdecke mit 40 cm gedämmt, das Dach komplett erneuert, alle Fenster wurden getauscht und an der Außenwand wurde ein Vollwärmeschutz von 12 cm angebracht. Alle Leitungen (Wasser, Elektrik, Heizung) wurden im Zuge der Modernisierung erneuert. Neben der hocheffizienten Sanierung der Gebäudehülle wurde auch ein neues Heizsystem bestehend aus einer Stückholzheizung mit Pufferspeicher und 20m² Sonnenkollektoren installiert.
Das Einfamilienhaus in Weiz ist ein positives Beispiel für die erfolgreiche Durchführung einer Sanierung, die durch die Kombination von guter Dämmung der Gebäudehülle und den Einsatz eines energieeffizienten Heizsystems erreicht werden kann. Der ursprüngliche Energieverbrauch von 260 kWh/m²a wurde auf 56 kWh/m²a reduziert.

Abbildung 4: Statistik der hochwertig sanierten Gebäude

Abbildung 5: Einfamilienhaus Dornhofer vor und nach der Sanierung

Beispielhafte Bürogebäude-Sanierung in Weiz

Das Bürogebäude eines Immobilienbüros ist ein Vorzeigeprojekt in der Energieregion Weiz-Gleisdorf. Es stellt ein positives Beispiel für eine erfolgreiche Sanierung eines Bürogebäudes dar. Dabei wurde das komplette Gebäude hocheffizient gedämmt, die Nutzfläche vergrößert und die Ölheizung durch einen Gaskessel ersetzt (siehe Abbildung 1).

*) M.Sc Andrea Dornhofer-Breisler ist Projektmitarbeiterin im EU-Projekt „Energy in minds!“, Mitarbeiterin im Weizer Energie- Innovations- Zentrum, Franz- Pichler- Straße 30. E-Mail: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein! [^]

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2010-02: Energie in Gemeinden

Nachhaltige Gebäude

Abbildung 1:Gewächshaus zur Trocknung des Klärschlammes

Im Zuge einer notwendigen Sanierung der existierenden Kläranlage in Neckarsulm wurde vom „Abwasserzweckverband Unteres Sulmtal“ im Rahmen des EU-Projekte „Energy in Minds!“ ein innovatives Konzept für eine thermogestützte solare Klärschlammtrocknung ausgearbeitet und zwischen Juli 2008 und September 2009 umgesetzt.

Aus feuchtem Klärschlamm wird Brennstoff
Errichtung einer solaren Klärschlammtrocknung

Von Ursula Knapp, Boris Mahler und Thorsten Morhaus *

Der wirtschaftliche Betrieb der Anlage wird durch eine klare Konzeption und Einsatz moderner Technologien sichergestellt. Durch die Nutzung der Solarenenergie und intelligente Nutzung anfallender Überschusswärme kann die Anlage bezüglich der Wärme- und Elektroenergie weitgehend autark betrieben werden. Die CO₂-Emissionen werden um 7.000 Tonnen pro Jahr reduziert.

Handlungsbedarf

Die Abwasseraufbereitungsanlage “Unteres Sulmtal” in Neckarsulm musste von 140 000 EW (Einwohnerwert: Belastung von 140 000 Einwohnern) auf 200 000 EW erweitert werden. Detaillierte Analysen zeigten, dass nicht nur die Kapazität erhöht, sondern auch große Teile der Anlage nachgerüstet oder erneuert werden müssen. Die Gegenüberstellung verschiedener Lösungsansätze ergab, dass die Umsetzung einer solaren Klärschlammtrocknungsanlage eine wirtschaftliche und innovative Lösung darstellt. Die Planung und Bauleitung wurde vom Ingenieurbüro ISW Ingenieurberatung für Siedlungswasserwirtschaft übernommen.

Innovativer Ansatz

Während der letzten Jahre entwickelten deutsche Firmen einen innovativen Ansatz, der auf solarbetriebenen Gewächshäusern basiert. Solarenergie wird verwendet um den Wassergehalt des Klärschlamms auf weniger als 25 % zu verringern. Dadurch reduziert sich das Volumen und Gewicht des Klärschlamms um bis zu 70 %. Dieser trockene „Schlamm“ lässt sich leicht entsorgen und kann in einem nahe gelegenen Heizkraftwerk als Brennstoff mit gutem Heizwert genutzt werden.

Situation vorher

Der Wärmebedarf für die Kläranlage wird über einen Heizkessel, der mit Faulgasen oder Öl betrieben werden kann, und zwei Blockheizkraftwerken gedeckt. Die Kläranlage bereitet Klärschlamm von etwa 140 000 Einwohnern auf. Es fallen jährlich bis zu 60.000 Tonnen ausgefaulter Klärschlamm mit einem Trockensubstanzgehalt zwischen 3 und 4% an. Dieser wird mit drei Siebbandpressen auf einen Trockensubstanzgehalt von 21-23% entwässert. Nach der mechanischen Entwässerung des Schlammes werden ca. 7.500 Tonnen in Container verladen und anschließend mit einem hohen Wassergehalt von 75-85% und einem niedrigen Heizwert zur Verbrennung in einem nahe gelegenen Heizkraftwerk abtransportiert. Dies führt zu hohen Transport- und Entsorgungskosten von ca. 600.000 Euro pro Jahr.
Die Energie, die durch das Verbrennen des Klärschlamm produziert wird, beträgt 4.400 MWh/a. Zieht man in Betracht, dass Energie für verschiedene Prozesse wie das Pressen, Trocknen etc. in der Kläranlage benötigt wird, beträgt der Energieüberschuss 2.400 MWh/a. Das Ersetzen von 520 Tonnen Schwarzkohle pro Jahr verringert die jährliche CO₂-Emission um etwa 2.900 Tonnen.

Situation nachher

Es wurden zwei neue mit Faulgas betriebene Blockheizkraftwerke installiert. Die zusätzliche Nutzung von Solarenergie, Abwärme der Druckluft über Wärmetauscher und Wärmepumpe und Wärmerückgewinnung der Abluft des Faulbehälters spart zusätzlich Primärenergie und reduziert somit die CO₂-Emissionen.
Die Aufbereitung von Klärschlamm wird auf 200.000 Einwohner ausgeweitet. Neue Siebbandpressen verringern den Wasseranteil im Klärschlamm erheblich. Nach dem Pressen wird der Klärschlamm in ein Gewächshaus transportiert, wo er durch die Sonne und die Fußbodenheizung getrocknet wird. Die für die Fußbodenheizung benötigte Wärme wird von den Blockheizkraftwerken und einer Wärmepumpe erzeugt, die Druckluftwärme nutzt.
Nach der Trocknung hat der Klärschlamm einen Trockenmaterialanteil von 65 %. Nur mehr 3.000 Tonnen getrockneter Klärschlamm müssen abtransportiert und in einem nahe gelegenen zentralen Heizkraftwerk verbrannt werden. Die Energie, die durch die Verbrennung des Schlamms erzeugt wird, beträgt 8.600 MWh/a. Der Energieüberschuss beträgt 7.000 MWh/a. Das Ersetzen von 1.000 Tonnen Schwarzkohle pro Jahr verringert die jährlichen CO₂ Emission um etwa 6.900 Tonnen.

Wärmerückgewinnung aus Druckluft

Kläranlagen verwenden Druckluft zur Belüftung der Belebungsbecken für den biologischen Reinigungsprozess. Die bei der Verdichtung der Luft entstehende Wärme geht bisher beim Eintrag der Luft in das Abwasser verloren. Die Nutzung dieser Druckluftwärme ist somit eine Möglichkeit Energie einzusparen. Die Nutzung der Verlustwärme erfolgt durch Abgriff der Wärme über einen separaten Luftkühler, der direkt in der Druckluftleitung zum Belebungsbecken installiert wird. Die Wärme wird direkt an ein Kühlmittel weitergegeben. Eine Wärmepumpe nutzt die Wärme im Kühlmittel und heizt den Heizkreislauf auf 60-70 °C auf. Durch den Einsatz dieser Methode können jährlich etwa 1.300 MWh Wärmeenergie zurück gewonnen werden.
Entgegen der ursprünglich vorgesehenen Wärmerückgewinnung aus dem vorbeifließenden Neckar liegt das Temperaturniveau der Druckluftkühlung ganzjährig höher. Dadurch ist ein wesentlich effizienterer und wirtschaftlicher Betrieb der Wärmepumpenanlage gewährleistet, was sich monetär in den laufenden Betriebskosten der Gesamtanlage niederschlägt.

Weitere Maßnahmen bis 2011

Die Klärschlammtrocknung ist nur ein Teil des notwendigen Um- und Ausbauprojektes des Neckarsulmer Klärwerkes.
Unter laufendem Betrieb werden 3 SBR-Reaktoren und ein Vorlagebehälter mit einer Reinigungsleistung von 60.000 EW installiert. Nach der Fertigstellung werden diese mit der bestehenden Altanlage so verknüpft, dass eine integrierte, abgestimmte Gesamtanlage die dauerhaft gesicherte Reinigung der Abwässer gewährleistet.
Mehr Biologie, weniger Chemie ist der Grundsatz des SBR-Verfahrens, das eine hohe Reinigungsleistung auf kleinstem Raum ermöglicht und zusätzliches Klärgas produziert, das wiederum als Brennstoff in den Blockheizkraftwerken genutzt werden kann.

Fazit

Durch die Umsetzung der beschriebenen Maßnahmen wurde für die Behandlung und die Verwertung des auf der Kläranlage in Neckarsulm anfallenden Klärschlammes eine technisch, wirtschaftlich, energetisch und ökologisch optimale sowie zukunftsweisende Lösung gefunden. Mit der solaren Trocknung des Klärschlammes verschafft sich der AZV Unteres Sulmtal eine langfristige Planungssicherheit bezüglich der anfallenden Klärschlammentsorgungskosten.

Abbildung 2: Gewächshaus

Abbildung 3: Erste Bestückung des Gewächshauses mit Klärschlamm im September 2009

Abbildung 4: Interviews durch das Filmteam von LTV . Der Film ist zu sehen auf www.energy-in-minds.de unter News)

Abbildung 5: Wärmekonzeption Kläranlage (Quelle: ISW Ingenieurberatung für Sieldungswasserwirtschaft)

*) Dipl.-Ing. Ursula Knapp (Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!)
Dr.-Ing. Boris Mahler (Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!)
Thorsten Morhaus (Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!), Betriebsleiter der Verbandskläranlage „Unteres Sulmtal“ [^]

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2010-02: Energie in Gemeinden

Nachhaltige Gebäude

Abbildung 1:Ansicht Hertings Gård Quelle: Gerhard Andersson, FaBo

Die Gemeinnützige Wohnbaugenossenschaft Falkenbergs Bostads AB (FaBo) errichtete in Falkenberg an Schwedens Westküste vier achtstöckige Wohnhäuser mit jeweils 27 Mietwohnungen. Einzigartig am Projekt „Hertings Gård“ ist, dass die Gebäude in modernster Passivhausbauweise gebaut und mit Solar-Luft-Paneelen zur Vorwärmung der Zuluft ausgestattet sind. Im folgenden Artikel werden sowohl die Gebäude als auch die verwendete Technologie vorgestellt. Weiters werden die aktuellsten Energieverbrauchsdaten des ersten Betriebsjahres (2009) der ersten beiden fertiggestellten Gebäude präsentiert.

Mehrfamilienhäuser in Niedrigenergiebauweise mit Solar-Luftheizung

Von M.Sc Jörgen Hurtig *

Seit der Fertigstellung der ersten beiden Gebäude im November 2008 werden diese seit mehr als einem ganzen Jahr betrieben. Gesamt- und Teilenergieverbrauch werden im Rahmen eines Forschungsberichts der Universität Halmstad analysiert und dokumentiert. Die Bauarbeiten der beiden anderen Gebäude wurden plangemäß im Februar bzw. März 2010 abgeschlossen.
Ziel des Projekts war die Errichtung von Öko-Wohngebäuden in Niedrigenergiebauweise mit folgenden Anforderungen:

• Energieverbrauch (max. 60 kWh/m² und Jahr)
• Dämmung der Gebäudehülle
• Hochwärmedämmende Fenster
• Energiesparende Haushaltsgeräte (Kühlschränke, Kühltruhen, etc.)
• Modernes Regelsystem
• Individuelle Messsyteme für Raumwärme, Warm- und Trinkwasserverbrauch.

Gebäudehülle

Die Gebäudehülle ist der wichtigste Bauteil eines Niedrigenergie- oder Passivhauses. Sie ist daher mit wesentlich höheren Dämmstärken versehen, als es die schwedische Gesetzgebung für Neubauten vorsieht (siehe Tabelle 1). Die Architekten der Wohngebäude haben sich insbesondere auf die Minimierung von Wärmebrücken spezialisiert.

Tabelle 1: Vergleich der tatsächlichen mit den gesetzlich vorgeschriebenen U-Werten der Bauteile

*Schwedisches Baugesetz BBR 16 (BFS 2008:20)
** U-Werte [W/m²K], wenn nichts anderes angegeben

Abbildung 2: Beispiel einer S-Box-Anzeige. Monatliche Energiekosten inkl. Kohlendioxidemissionen in kg (Quelle: Manodo, Hersteller der S-Box)

Die Luftdichtheit ist entscheidend

Umfangreiches Know-How, Anstrengungen und neue Baumethoden wurden angewandt um eine möglichst luftdichte Gebäudehülle herzustellen. Die Luftdichtheit des Gebäudes ist notwendig, um den im Rahmen des Projekts angestrebten spezifischen Energieverbrauch zu erreichen. Diese wurde, wie auch in herkömmlichen Gebäuden, durch den Einbau von luftdichten Folien erreicht. In diesem Passivhausprojekt wurde jedoch von Seiten der bauausführenden Unternehmen vermehrt Augenmerk auf den sorgfältigen und präzisen Einbau der Folie gelegt, um das Eindringen kalter Außenluft in das Gebäude, sowie die Kondensation der Heizungsluft in der Wandkonstruktion zu verhindern. Die Überlappungen und Kanten der Folie wurden entlang der Fenster- und Türrahmen mit einem speziellen Zweischichtklebeband verklebt (siehe Abbildung 3). Um Durchdringungen der Folie durch Wasser- oder Elektroinstallationen zu verhindern, wurde diese erst auf die 70 mm starke Installationsebene angebracht. In vier Wohnungen wurden zudem Blower-Door-Tests durchgeführt um sicherzustellen, dass die Luftwechselrate unter den Systemanforderungen liegt.
Die spezifische Luftwechselrate wurde mit maximal 0,16 L/s*m² bei 50 Pa Druck definiert. Das ist fünf Mal weniger als es das schwedische Baugesetz (BFS 2002:19) vorschreibt.

Abbildung 3: Luftdichter Fenstereinbau mit Klebebändern (Foto: Margareta Gunnarsson)

Raumwärme und Warmwasser

Die Gebäude in Hertings Gård besitzen zwar Passivhausstandard, sind jedoch mit einer externen Energieversorgung zur Raumheizung und Warmwasseraufbereitung ausgestattet.
Die Gebäude verfügen über einen Fernwärmeanschluss für die Warmwasseraufbereitung und für zusätzliche Raumwärme an kalten Wintertagen, an welchen die Luftheizung nicht ausreicht. Die Gesamtanschlussleistung je Gebäude beträgt 184 kW. Das Regelungssystem für die Heizung bzw. das Lüftungssystem entnimmt erst die gesamte verfügbare Wärme aus den Solar-Luft-Paneelen, danach jene aus dem Wärmetauscher der Lüftungsanlage und greift erst zuletzt auf die Wärmebereitstellung aus der Fernwärme zurück.

Individuelles Mess- und Informationssystem

In jeder Wohnung werden der Energieverbrauch für Raumwärme, für Haushaltsstrom, Warm- und Kaltwasser individuell gemessen. Mit Hilfe eines sich in der Wohnung befindlichen Informationssystems, der sogenannten S-Box, haben Mieter ungehinderten und ständigen Zugang zu diesen Messdaten (siehe Abbildung 2) . Die S-Box kalkuliert auch die durch den Haushalt verursachten Kohlendioxid-Emissionen in kg. Weiters sind Grafiken des stündlichen Energieverbrauchs ersichtlich. Es wird erwartet, dass das System das Nutzerverhalten der Mieter hinsichtlich ihres eigenen Energieverbrauchs beeinflusst. Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels war dieser Aspekt noch nicht analysiert.

Solar-Luft-Paneele

Jedes Gebäude ist über dem Eingang mit dem einzigartigen Solar-Luft-System von 75 m² Fläche ausgestattet. Dieses perforierte Stahlpaneel heizt die Zuluft des Lüftungssystems vor. Die vorläufige Zahlen für die durch dieses Paneel jedem Gebäude zugeführte Energiemenge betragen in etwa 8.300 kWh/Jahr. Allerdings konnte das Gebäude nicht die ganze Energie nutzen, da nicht immer ein entsprechender Energiebedarf bestand.
Das Solar-Luft-System besitzt keine Speicherfunktion um die Energie aus Sonnentagen für Tage mit geringer solarer Einstrahlung zu konservieren.

Abbildung 4: Solar-Luft-Paneel über dem Eingang (75 m2) (Foto:Margareta Gunnarsson)

Beispiel: Am 25. November um 10.20 Uhr herrschte eine Außentemperatur von -1 °C, das Solar-Luft-Paneel stellte eine Zulufttemperatur von +11°C bereit. Das bedeutet eine Gesamtleistung von 8 kW. Zu diesem Zeitpunkt benötigte das Gebäude zum Betrieb keine andere Energiequelle.

Energieverbrauch mehr als halbiert

Verglichen mit statistisch gleichwertigen Gebäuden weist Hertings Gård einen um 70% geringeren Energieverbrauch auf (37 zu 122 kWh/m²*Jahr). Die ursprünglichen Zielsetzungen, welche in der Planungsphase definiert wurden, konnten mit geringen Abweichungen erreicht werden (Ziel: 60 kWh/m²*Jahr), siehe Tabelle 2.

Tabelle 2: Ergebnisse und Vergleiche des Spezifischen Energieverbrauchs [kWh/m²*a]

Passiv- oder Niedrigenergiehaus?

Wäre die Heizlast niedriger als 10 W/m² könnte Hertings Gård mit einem spezifischen Energieverbrauch von 51,5 kWh/m²*Jahr durchaus als eine Passivhauswohnanlage definiert werden.
Jedes Gebäude in Hertings Gård hat jedoch eine Fernwärme-Gesamtanschlussleistung von 72,1 W/m²*Jahr (gesamt 184 kW), welche vor allem für die Warmwasserbereitung benötigt wird. Trotzdem liegt der durchschnittliche spezifische Energieverbrauch der Gebäude in Hertings Gård (51,5 kWh/m²*Jahr) unter den nationalen Anforderungen laut Baugesetz (siehe Box 3). Auch die spezifische Luftwechselrate liegt mit 0,16 L/s*m² darunter.
Daher lässt sich schlussfolgern, dass die Gebäude in Hertings Gård als „gute“ Niedrigenergiegebäude mit einem Raumwärmebedarf gleich jenem eines Passivhauses definiert werden können. Weiters sollte es möglich sein, das über die Fernwärme hergestellte Warmwasser mit einer solaren Warmwasseraufbereitung zu ergänzen. Dank der langen Sommertage ist die solare Einstrahlung an der schwedischen Westküste relativ hoch.

*) M.Sc Jörgen Hurtig ist Energieexperte und Bauingenieur. Er ist Mitarbeiter der Abteilung Energie der Universität Halmstad, Schweden. Email: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein! [^]