Ein Quartier im Wandel der Zeit

Moderne, vorwiegend regenerativ gespeiste Wärmenetze gelten als Schlüsselsysteme für die Dekarbonisierung des Wärmesektors und die Umsetzung mittel- und langfristiger Klimaschutzziele. Insbesondere die kommunale Energieversorgungsplanung sieht sich gefordert, lokale Potenziale von Erneuerbaren Energien stärker zu nutzen und in der Breite zu etablieren. Einen wesentlichen Einfluss hat das auf die gegenwärtige und zukünftige Stadtentwicklung und deren energetische Infrastrukturen: Gefragt sind intelligent konzeptionierte Quartierslösungen, die grüne Wärme hocheffizient und in großem Umfang in den Neu- und Bestandbau bringen.

Ein Blick in das gerade entstehende Wohn- und Geschäftsviertel „Pandion Ville“ im Stadtteil Bonn-Duisdorf zeigt, wie eine nachhaltig geplante energetische Quartierslösung als Kooperationsprojekt von Wohnentwickler, Versorgerseite und Industriepartner funktionieren kann. Bis vor wenigen Jahren befand sich auf dem 76 000 m² großen Areal die in 1930ern erbaute Gallwitz-Kaserne. 2016 kaufte die Kölner Pandion AG das ehemalige Militärgelände auf und brach die dortigen Liegenschaft en ab, um bereits zwei Jahre später mit dem ersten Bauabschnitt von insgesamt drei geplanten Bauphasen zu beginnen. Nach seiner Fertigstellung, voraussichtlich in 2024, wird mit dem „Pandion Ville“ das größte Wohnquartier in Bonn entstanden sein: 520 neue Wohneinheiten mit einer Gesamtwohnfläche von 42 000 m² sowie weitere 13 000 m² Gewerbefläche fügen sich dann in den bereits bestehenden Stadtbezirk Duisdorf ein.

Neben einer ansprechenden Architektur und einer hohen Wohnqualität soll das neue Quartier vor allem den Anforderungen an eine klimagerechte Energieversorgung Rechnung tragen. Mit den Stadtwerken Bonn Energie und Wasser (SWB EnW) zeichnet hierfür ein Energiedienstleister verantwortlich, der seine Kunden bereits seit den 1950er-Jahren auch mit nachhaltiger Fernwärme versorgt und heute 82 % seiner Stromlieferungen aus Erneuerbaren Energien bezieht. Als Contracting-Partner stellen die SWB EnW für das gesamte Areal zukünftig Fernwärme mit einem besonders niedrigen Primärenergiefaktor bereit. Dieser resultiert u. a. aus der Anwendung thermodynamischer Prozesse wie der Kraft -Wärme-Kopplung (KWK) und der Nutzung von Hausmüll als „nachwachsendem Rohstoff “. Derzeit liegt der so erzielte Primärenergiefaktor bei 0,25 und einem CO_{2 eq}. von 0 g/kWh. Das Bonner Fernwärmenetz versorgt aktuell mehr als 2700 Anschlussnehmer und ist rund 120 km lang. In der Endausbaustufe des „Pandion Ville“ werden noch einmal 600 m Trasse hinzukommen.

Für einen möglichst effizienten Netzbetrieb ist das Niveau von Netzvorlauf- und Rücklauftemperaturen (RLT) entscheidend. Gelingt es, diese durch eine möglichst hohe Spreizung dauerhaft auf einem optimalen Niveau zu halten, können der primäre Volumenstrom und die damit verbundenen Strömungsverluste so verringert werden, dass sich Pumpenleistungen, Rohrdimensionierungen und Wärmeeinbußen signifikant vermindern. So reduziert sich der Heizwasservolumenstrom bei einer Vorlauftemperatur von 80 °C und einer Rücklauftemperatursenkung von 55 auf 40 °C bereits um 30 %.

Smarte Wärmeübergabe: Anschlusstechnologie als Effizienzhebel

Die Herausforderung: Netzkonzepte, die auf eine deutliche Absenkung der RLT und des Primärenergieeinsatzes zur Effizienzerhöhung abzielen, müssen erzeugerkompatibel arbeiten und eine variable, bedarfsoptimierte Wärmebereitstellung gewährleisten können. Es bedarf also einer hohen planerischen Expertise. Mit der technischen Planung des Wärmenetzsystems und der Ausführung seiner Anlagenkomponenten – der Wärmeübergabestationen und der Trinkwassererwärmungssysteme – wurde bei diesem Projekt die YADOS GmbH aus Hoyerswerda betraut. Für das „Pandion Ville“ fertigte das Unternehmen sechs indirekte Fernwärme-Kompaktstation mit jeweils zwei Heizkreisen und nachgeschalteter rücklaufoptimierter Trinkwassererwärmung im Speicherladeprinzip.

Dem Anlagenkonzept liegt ein patentiertes Verfahren zugrunde, das eine optimale Nutzung der eingesetzten Primärenergien bei gleichzeitig konsequenter Einhaltung hygienetechnischer Regelwerksvorgaben verspricht. Es basiert auf einem zweistufigen Speicherladesystem, bei dem durch Nutzung hoher primärer Vorlauftemperaturen der Heizwasservolumenstrom deutlich verringert werden kann und sich heizwasserseitig sehr niedrige Rücklauftemperaturen erzielen lassen, die ganzjährig bei maximal 40 °C liegen. Realisiert wird dies durch eine spezielle Schaltung eines Vor- und Nachwärmers: Der Zirkulationsvolumenstrom wird dabei permanent und unterbrechungsfrei erwärmt, sodass eine optimale Schichtung im Trinkwarmwasser-Pufferspeicher unter Einhaltung der hygienerechtlich geforderten Trinkwarmwassertemperatur von 60 °C erzielt werden kann. Die Reduktion des Volumenstroms wiederum wirkt sich positiv auf die Energieaufwandsbilanz der Anlage aus; so lassen sich der Strombedarf für den Pumpeneinsatz senken und Wärmeverluste in der Installation minimieren.

Im Prozess der Speicherladung wird zunächst die Trinkwarmwassertemperatur des Zirkulationsvolumenstroms im Nachwärmer auf 60 °C angehoben. Gleichzeitig kühlt Wasser aus dem Trinkwarmwasserspeicher den Heizwasservolumenstrom im Vorwärmer gezielt ab. Sobald dem Speicher im oberen Teil Trinkwarmwasser über die Zapfstellen entnommen wird, strömt kaltes Trinkwasser in den unteren Teil des Pufferspeichers nach. Dieser Vorgang führt zu einer natürlichen stabilen Temperaturschichtung im Speicher, ohne dass eine zu große Mischzone durch Konvektion entsteht (Schichtladespeicherung). Wird aus dem Pufferspeicher kein Trinkwarmwasser gezapft, etwa in der Nacht, läuft kein kaltes Trinkwasser mehr in den unteren Speicherbereich nach. Das Trinkwarmwasser verdrängt den Restbestand des Kaltwassers bis der Trinkwarmwasserspeicher auf 60 °C durchgeladen ist. Erst ab diesem Zeitpunkt steigt die Primärrücklauftemperatur wieder an.

Fazit

Vor dem Hintergrund steigender Anforderungen an die Effizienz, Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit energetischer Versorgungslösungen steht die Entwicklung zukunftsfähiger Wärmebereitstellungskonzepte und flexibler, hochleistungsfähiger Anschlusstechnologie besonders im Fokus. Ausgereifte Planungskonzepte und eine präzise Umsetzung tragen entscheidend dazu bei, nachhaltige Fernwärme zentralisiert und in größerem Maßstab in neue grüne Quartierslösungen wie die des „Pandion Ville“ einzubinden.

Autor: Marcus Gigl, YADOS Vertriebs GmbH