Biomasse-Nahwärme und Wärmerückgewinnung im Verbund: ein unter wirtschaftlichen wie ökologischen Gesichtspunkten vielversprechendes Energiekonzept. Ist aber die energetische Infrastruktur eines Gebäudes veraltet und die Anlagenhydraulik gestört, geht die Effizienzrechnung für den Einsatz zukunftsfähiger Erzeuger schnell nicht mehr auf. Ein Sport- und Badbetrieb im Touristenort Lenzerheide zeigt Folgen und Lösungen einer verbreiteten Problemlage im Objektbestand auf.
Vor rund 40 Jahren entstand das Sportzentrum Lenzerheide im Kanton
Graubünden als zentraler Anziehungspunkt für Sportler, Urlauber und Erholungsuchende. Mit zunehmenden Besucherzahlen und einer steigenden Nachfrage nach differenzierten Angeboten entwickelten sich in den vergangenen Jahren auch die Raumkapazitäten des Freizeitobjekts weiter, das ursprünglich nur ein Hallenbad sowie ein überdachtes Eisfeld umfasste. Seit 2008 lockt die neu integrierte Wellness-Oase H2Lai Sommer- wie Wintertouristen aus aller Welt in die Gemeinde Vaz / Obervaz. Von der luxuriösen Sauna- und Wasserlandschaft über Fitnesseinrichtung, Minigolfanlage und Restaurant bis hin zur ganzjährig nutzbaren Eishalle bietet das erweiterte Sportzentrum seinen Gästen heute ein vielseitiges, modernes und äußerst komfortorientiertes Leistungsspektrum. Sein
Betrieb ist entsprechend energieintensiv.
Vor rund 40 Jahren entstand das Sportzentrum Lenzerheide im Kanton
Graubünden als zentraler Anziehungspunkt für Sportler, Urlauber und Erholungsuchende. Mit zunehmenden Besucherzahlen und einer steigenden Nachfrage nach differenzierten Angeboten entwickelten sich in den vergangenen Jahren auch die Raumkapazitäten des Freizeitobjekts weiter, das ursprünglich nur ein Hallenbad sowie ein überdachtes Eisfeld umfasste. Seit 2008 lockt die neu integrierte Wellness-Oase H2Lai Sommer- wie Wintertouristen aus aller Welt in die Gemeinde Vaz / Obervaz. Von der luxuriösen Sauna- und Wasserlandschaft über Fitnesseinrichtung, Minigolfanlage und Restaurant bis hin zur ganzjährig nutzbaren Eishalle bietet das erweiterte Sportzentrum seinen Gästen heute ein vielseitiges, modernes und äußerst komfortorientiertes Leistungsspektrum. Sein Betrieb ist entsprechend energieintensiv.
«Der thermische Bedarf eines solchen multifunktional genutzten Objekts ist immens », erklärt Urs Kormann, Teamleiter des Ingenieurbüros Amstein + Walthert AG in Chur. «Gleichzeitig muss eine Vielzahl unterschiedlicher Temperaturvorgaben eingehalten werden – bei der Raumbeheizung, der Bereitstellung von Brauchwarmwasser, der Eisflächenkühlung und Hallenklimatisierung sowie der Badewassertemperierung. Allein für den Betrieb der Schwimm-, Bade- und Wellnessbecken stellt das H2Lai beachtliche Mengen an Warmwasser in verschiedenen Temperaturen
zur Verfügung. Vor diesem Hintergrund stehen Effizienzgewinn und Versorgungsstabilität klar im Fokus der energetischen Gebäudebewirtschaftung.»
Statt Notkühlung: Niedertemperaturen nutzbar machen
Erzeugerseitig wird ein wirtschaftlich solider und gezielt nachhaltiger Energiebezug durch Anbindung an das gemeindeeigene Biomasse-
Nahwärmenetz gefördert. Die seit 2003 als Energiestadt zertifizierte Gemeinde Vaz / Obervaz setzt zur Wärmeerzeugung naturbelassene Holzschnitzel aus der Region ein; die Biomasseheizung liefert dem Sportzentrum so Wärmeenergie mit einer Spitzenkapazität von 1,5 MW. Als
vorrangig angesteuerte Wärmequelle dient heute jedoch eine 425 kW-Ammoniak-Kälte- Anlage, sie produziert die benötigte Kälte für den Betrieb der Eishalle. Die dabei entstehende Abwärme lässt sich mittels Wärmerückgewinnung für Heizvorgänge im angrenzenden Wellnessbad nutzbar machen. Grundsätzlich zählen NH3-basierte Kältelösungen zu den favorisierten Verfahren speziell im sogenannten Großkälte-Einsatz, da sie ein besonders günstiges Verhältnis von Kälteleistung zu Antriebsleistung
(COP-Wert – coefficient of performance) aufweisen. Wird darüber hinaus die Abwärme aus dem Kälteerzeugungsprozess im eigenen energetischen Versorgungskreislauf weiterverwendet, verbessert sich die Anlageneffizienz zusätzlich.
«Bis vor wenigen Jahren war eine effiziente Einbindung der (Abwärme-)Niedertemperatur in das Wärmenetz des Gebäudekomplexes
allerdings noch gar nicht realisierbar», berichtet Urs Kormann. «Stattdessen
mussten die Techniker vor Ort Sorge dafür tragen, dass die anfallende
thermische Energie kontinuierlich eliminiert wurde. Für diese Notkühlung mussten regelmäßig mehrere tausend Liter Trinkwasser aufgewendet werden.» Der wesentliche Grund für die insgesamt unzureichende und ineffiziente Wärmeversorgung des Sport- und Wellnesszentrums lag nicht – wie oft vermutet – auf der Erzeugerseite. Probleme verursachte vielmehr eine veraltete energetische Infrastruktur und ein Verteilsystem, das den neuen Anforderungen nach der Gebäudeerweiterung 2008 nicht mehr gerecht werden konnte. Konventionelle Lösungen wie der in Lenzerheide einst verbaute Balkenverteiler stoßen im Betrieb gerade bei Laständerungen und Spitzenlastabfrage schnell an technische Grenzen. Die Folgen können eine Unterversorgung der Heizkreise und Störungen in der Netzhydraulik sein, die entstehen, wenn sich der Pumpenbetrieb einzelner Kreise gegenseitig negativ beeinflusst. Erhält etwa eine kleine Pumpe am Verteiler nicht die erforderliche Wassermenge, stimmen die Druckverhältnisse zwischen Vor- und Rücklauf nicht mehr, die Pumpe reguliert sich daraufhin selbsttätig und stellt sich auf eine höhere Drehzahl ein. Entsprechend steigt auch die Aufnahme an elektrischem Strom. Alle weiteren Pumpen innerhalb des Systems reagieren nun in gleicher Weise, um den notwendigen Differenzdruck aufzubauen. Das Ergebnis ist ein gegenseitiges Hochschaukeln des Pumpenbetriebs, verbunden mit einem deutlichen Anstieg des Energieverbrauchs.
Zortström-Technologie ermöglicht effiziente Wärme- und Kältequellenmix
Um den Komfortstandard einer modernen Sport- und Freizeiteinrichtung zukünftig sicher gewährleisten zu können und darüber hinaus die kommunalen Nachhaltigkeitsziele zu erfüllen, vergab die Gemeinde 2013
den Auftrag für die Komplettsanierung der energetischen Infrastruktur und ihrer Gebäudetechnik an die Fachplaner der renommierten Amstein + Walthert-Gruppe. Im ersten Schritt erstellten die Experten eine Zustandsanalyse der gesamten Gebäudetechnik- Installationen und legten
auf Basis der erhobenen Daten die Sanierungsprioritäten und die zugehörigen Kostenfolgen für eine mehrjährige Budgetplanung fest. Die Umsetzung des Sanierungskonzepts, das eine Modernisierung aller Gebäudeautomatisationsund Wärmeversorgungsanlagen vorsah, erfolgte bereits ein Jahr später und konnte innerhalb eines Zeitraums von nur drei
Monaten abgeschlossen werden. Im Fokus des Sanierungsprojekts stand insbesondere eine konzeptionell optimierte Einbindung der bestehenden Ammoniak-Kälteanlage für die Eisproduktion. Ebenfalls angepasst wurden die Brauchwarmwasser- Erwärmung sowie die thermische Versorgung durch die Biomasse-Heizung. Für die Realisierung einer effizienzoptimierten und zugleich hydraulisch ausbalancierten
Energieversorgung favorisierten die Ingenieure die Installation
eines Zortström-Sammel-, Speicher- und Verteilzentrums aus dem österreichischen Hohenems.
Bereits Anfang der 1990er Jahre meldete das Vorarlberger Gebäudetechnikunternehmen Zortea erste Patente für eine Technologie an, die heute integraler Teil von mehr als 5’100 energetischen Versorgungslösungen weltweit ist. Das dabei eingesetzte Verfahren beruht auf der hydraulischen Entkopplung von unterschiedlichen Volumenströmen und der Vorhaltung von Wärmeenergie, die in beliebig vielen Temperaturstufen exakt voneinander getrennt wird. Im Zortström lassen sich so thermische Kapazitäten verschiedener Kälte- und Wärmequellen – unabhängig ob konventionell und regenerativ – ohne eine
gegenseitige Beeinflussung zusammenführen, mit einer optimalen Temperaturverteilung im Speicher sammeln und bedarfsgeführt an Abnehmer auf der Verbraucherseite verteilen.
«Die Zortström-Technologie macht es möglich, Rückläufe aus einem Hochtemperatur- Heizkreis effizient als Vorlauf für eine niedrigere Temperaturbereitstellung zu nutzen oder – wie nach der energetischen
Sanierung des H2Lai – Niedertemperaturen aus dem Wärmerückgewinnungsprozess der Kälteerzeugung weiterzuverwenden,
» erläutert Christian Zortea- Soshko, Leiter Technik bei Zortea. «Durch die Einbindung eines Zortström als hydraulischer Nullpunkt lässt sich der Anlagenbetrieb unter technisch optimalen Bedingungen mit maximalen Laufzeiten und ohne hydraulische Störungen realisieren. In der Praxis ist so ein hocheffizienter Einsatz weit entwickelter regenerativer Erzeugertechnologien und Rückgewinnungsverfahren möglich, deren theoretische Potenziale im Realbetrieb bislang leider oft verschenkt werden.»
Für das Sport- und Wellnesszentrum Lenzerheide entwarfen die Hydraulik- Experten eine Zortström-Anlage mit insgesamt fünf Temperaturstufen zwischen 25 und 70 Grad Celsius. Diese regelt einerseits die Energieflüsse aus der Abwärmenutzung und dem Nahwärmenetz und versorgt auf der Verbraucherseite alle Abnahmepunkte mit den individuell vorgegebenen
Wassertemperaturen. Die Sicherung des Wärmeausgleichs und der Spitzenlastabdeckung erfolgen durch Kopplung mit einem 44’000 Liter fassenden Pufferspeichers.
Ein positives Fazit ziehen auch die Planer von Amstein + Waltert aus dem Zortström- Integrationsprojekt. «Heute genießen die Gäste des Sport- und Wellnesszentrums H2Lai einen hohen Komfortstandard, der durch die hohe Präzision und Stabilität der optimierten Wärme- und Kälteversorgung erzielt werden kann. Gleichzeitig wird die Abwärme aus dem Kälteerzeugungsprozess fast das ganze Jahr vollumfänglich genutzt; entsprechend liegt auch der Trinkwasserverbrauch für die Notkühlung nun bei nahezu null,» resümiert Teamleiter Urs Kormann. Für die Gemeinde als Betreiber resultieren aus der infrastrukturellen und energietechnologischen Revision ihrer Einrichtung damit weit mehr als nur ökonomische Vorteile. Für eine nachhaltigkeitsorientierte Energiestadt wie Vaz / Obervaz ist sie ein zentraler Baustein im Bemühen um Ressourcenschonung und einen aktiven Umweltschutz.
