Auf dem Weg zu einem klimaneutralen Gebäudebestand spielt die nachhaltige energetische Versorgung von industriell genutzten Objekten eine zentrale Rolle. Geothermische Energieanwendungen zählen zu den Verfahren mit dem grössten Durchsetzungspotenzial. Wie hoch jedoch der reale Effizienzgrad etwa einer Grosswärmepumpenlösung im Betrieb ausfällt, ist oft weniger eine Frage der Erzeugerleistung. Sucht man den Effizienzvernichter im System, wird man in der Anlagen-Peripherie schnell fündig.
Ob sich das theoretische Leistungsvermögen von Erneuerbare-Energien-Technologien in der Praxis voll erschliessen lässt, hängt von mehreren Bedingungen im Erzeugungs-, Speicher- und Verteilprozess ab – etwa davon, ob für einen Wärmepumpenbetrieb optimale Betriebsparameter realisierbar sind und die regenerativ gewonnene thermische Energie auch verlustfrei und bedarfsoptimiert dort ankommt, wo sie benötigt wird. Grundlegende Voraussetzungen für eine effiziente Einbindung speziell von Niedertemperaturen aus regenerativen Quellen, Rückläufen oder Abwärmenutzung sind eine ausbalancierte Anlagenhydraulik und eine hohe Speicherqualität.
Nachhaltig und zukunftsfähig: Standortausbau schafft neue Perspektiven
Die Zortea Gebäudetechnik GmbH aus dem österreichischen Hohenems zählt zu den frühen Experten im Bereich hydraulikoptimierter Anlagenkonzepte. Mit der Zortström- Technologie lieferten die Vorarlberger die geeigneten System-Komponenten für eine besonders nachhaltige energetische Standortversorgung im wenige Kilometer entfernten Radfeld, dem Firmensitz der Berger Fahrzeugtechnik GmbH.
Das Unternehmen ist europaweit führend in der Herstellung nutzlastoptimierter Sattelauflieger und Chassis-Konstruktionen. In der Person seines Eigners, dem österreichischen Ex-Formel-1-Fahrer Gerhard Berger, schlägt das Unternehmen den Bogen vom glamourösen Rennsport zum handelsorientierten Gütertransport. In den kommenden Jahren plant der Hersteller, seine aktuellen Stückzahlen zu verdoppeln und im Zweischichtbetrieb zu fertigen. Seine Wachstumsperspektiven verknüpfte Berger mit einem umfassenden Standortausbau: Auf rund 12’000 Quadratmetern wurden sowohl Verwaltungs- als auch Fertigungsgebäude neu geplant und mit modernster technischer Gebäudeausrüstung ausgestattet.
Speichersystem Grundwasser – ein Geschenk des Erdreichs
Per se sind Fertigungsverfahren im Fahrzeugbau mit hohen energetischen Aufwänden sowohl auf der Wärme- als auch auf der Kälteseite verbunden. Eine zentrale Rolle spielt darüber hinaus die Gebäudeklimatisierung, die nicht nur die Arbeitsplatzbedingungen in Büros und anderen Verwaltungsräumen positiv beeinflusst. Optimale und gleichbleibende Klimaverhältnisse wirken sich unmittelbar auch auf die Qualität der Verarbeitungsprozesse in der Produktion aus. Vor diesem Hintergrund wurde eine bedarfsgerechte, nachhaltige energetische Versorgung der gesamten Werkshallen miteinbezogen.
Da der Standort günstige geologische und hydrogeologische Gegebenheiten aufwies, prüften die Ingenieure die Möglichkeiten einer thermischen Grundwassernutzung. Die konstant temperierten Wasservorkommen im Erdreich können im Winter zum Heizen und im Sommer zur Gebäudekühlung eingesetzt werden. Dabei schaffen sie ideale Voraussetzungen für den Wärmepumpen- Betrieb, dessen Gesamtwirkungsgrad jedoch wesentlich davon abhängt, ob das
Energieflussmanagement von Vor- und Rückläufen sowie das integrierte (Niedertemperatur-) Speicherkonzept möglichst effizient und störungsfrei funktionieren.
Zortea liefert mit dem Zortström hierfür eine Schlüsseltechnologie, die es ermöglicht, Kälte- und Wärmeenergie mit höchster Präzision zu speichern und zu bewegen. Das Prinzip der Zortström-Technologie ist unabhängig
von Einsatzumgebung, Erzeugertypen und Leistungsklassen stets identisch: Eine Zortström-Anlage vereint in einer gemeinsamen Ausführung die Funktionen einer hydraulischen Weiche, eines Pufferspeichers und eines Verteilers. An einen Zortström lassen sich sämtliche Wärme- und Kälteerzeuger sowie alle Verbraucherkreise eines Versorgungssystems
unabhängig voneinander anschliessen und mit optimaler Arbeitstemperatur (Erzeugerseite) beziehungsweise individuell
definierten Soll-Vorlauftemperaturen (Verbraucherseite) ansteuern. Dabei werden alle ankommenden und abgehenden Volumenströme komplett voneinander entkoppelt, sodass sich diese auch bei hohen Druck- und Temperaturdifferenzen ohne wechselseitige Beeinflussung bewegen lassen. Im Speicherzentrum des Zortström können beliebig viele Temperaturstufen präzise voneinander getrennt vorgehalten werden – dabei bleibt die Temperatur in jeder Stufe zu jeder Zeit stabil.
Geothermische Energie: effizient erschlossen, maximal genutzt
Zwei Zortström-Zentralen arbeiten heute als Herzstück der geothermischen Anlagen-Peripherie am Standort Radfeld. Das erzeugerseitige Versorgungssystem umfasst insgesamt zwei Niedertemperaturwärmepumpen mit je 450 Kilowatt Heizleistung, eine Hochtemperaturwärmepumpe mit 185 Kilowatt und einen Plattenwärmetauscher zur Grundwasser-Kühlung mit einer Leistung von 1 050 Kilowatt.
Zur Bereitstellung von Kälte zwischen acht und 18 Grad Celsius entwarf Zortea einen sechsstufigen Zortström Multi-K. In der Sommerzeit liefert das Brunnenwasser über den Wärmetauscher mit einem Megawatt fast die gesamte benötigte Kälte. Diese wird in die exakt dafür ausgelegte
Temperaturstufe auf einem höheren Kühltemperaturniveau in den Zortström eingeschichtet. Die Niedertemperaturkreise am Kälte-Zortström werden über eine Kältemaschine versorgt. Der Kältekreis «Kühlregister Lüftungsgeräte» kann aufgrund der hohen Rücklauftemperatur von 17 Grad Celsius mit Brunnenwasser vorgekühlt werden und lässt sich anschliessend über eine Kältemaschine auf die vordefinierte Zieltemperatur nachkühlen. Der Zortström bedient so Estrichkonvektoren,
Kühldecke und Lüftungsanlage zur thermischen Versorgung von Büros, Aufenthalts- und Sozialräumen und Sanitäranlagen. Die Hallenkühlung der Produktion erfolgt ebenfalls über die Lüftung und per Betonkernaktivierung (Bodenplatte). Die Wärmepumpe, welche die Niedertemperaturkälte zur Verfügung stellt (circa 20 Prozent der benötigten Kälteleistung, Rest: Brunnenwasser), liefert gleichzeitig auch Wärme für die Warmwasserbereitung (150 Kilowatt).
Parallel dazu versorgt eine Multi-PG-H-Anlage die Gebäude bei Bedarf mit Wärme in fünf Temperaturstufen zwischen 35 und 70 Grad Celsius. Während der Heizperiode lässt sich die Niedertemperaturabwärme der Druckluftkompressoren sowie des Kältetrockners effizient weiternutzen. Das Brunnenwasser wird primärseitig nachgewärmt, um das Verhältnis von Wärme / Kälte zu Antriebsleistung (COP) der Wärmepumpen zu verbessern. Die Wärmepumpen verfügen über eine Gesamtleistung von sekundär 185 Kilowatt plus 450 Kilowatt plus 450 Kilowatt gleich insgesamt 1 085 Kilowatt. Da das Gebäude auf Niedertemperatur ausgelegt wurde, kann die gesamt benötigte Wärme mit einem besonders hohen Wirkungsgrad durch die Wärmepumpen sichergestellt werden. Die exakte Schichtung im Zortström unterstützt eine effiziente Wärmeverteilung und optimiert zusätzlich den Wirkungsgrad der Wärmepumpen, da die erzeugte Temperatur von 45 Grad Celsius exakt an die Verbraucher weitergegeben werden kann.
Sowohl Kälte- als auch Wärme-Zortström wurden von den Zortea-Experten so passgenau dimensioniert, dass sämtliche Erzeuger (Kältemaschine und Wärmepumpen) mit niedriger Taktungsfrequenz und idealer Laufzeit betrieben werden können. Durch die hydraulische Entkopplung an beiden Zortström-Anlagen wird darüber hinaus eine Pumpenstromeinsparungen von bis zu 90 Prozent erzielt.
Fazit
Der Einsatz oberflächennaher Geothermie mittels Wärmepumpe weist ein besonders hohes Potenzial für die Substitution fossiler Brennstoffe auf. Lässt sich eine nachhaltige Erzeugung, Erschliessung und/oder Nutzung von thermischer Energie mit intelligenten Speicher- und Verteilkonzepten verbinden, können Grosswärmepumpenlösungen auch im industriellen Umfeld weiter aufholen und die Energiewende an entscheidender Stelle voranbringen.
