Hamburger Sanierungsmodell spart jährlich 17000 DM

Uwe Markwort* · Stefan Bielkin**

Bekannt für die Umsetzung ökologischer Konzepte im Schulalltag: Das Wirtschafts-gymnasium St. Pauli.

Als wirtschaftlicher und ökologischer Erfolg erwies sich die Modernisierung der Heizzentrale des Hamburger Wirtschaftsgymnasiums St. Pauli. Durch die Ende 1996 in Betrieb genommene Kombination aus Blockheizkraftwerk und Gas-Brennwertkesseln wurde nicht nur der CO₂-Ausstoß drastisch gesenkt. Wie die Bilanz des ersten Betriebs- und Kalenderjahres belegt, konnte durch die Erneuerung der Heizzentrale sowie die Installation der BHKW-Anlage auch der Etat der Schule langfristig entlastet werden.

Das "Modellvorhaben Gymnasium St. Pauli"

Die Erneuerung der mehr als 20 Jahre alten Heizzentrale war notwendig geworden, nachdem bereits einer der beiden Gaskessel ausgefallen war. Die überdimensionierte Anlage mit zwei Heizkesseln und einer Leistung von jeweils 540 kW erreichte Wirkungsgrade von weniger als 70%.

Das Wirtschaftsgymnasium St. Pauli ist in Hamburg bekannt für die Umsetzung ökologischer Konzepte im Schulalltag. Diesem Grundsatz folgend mußten gerade bei der Sanierung der Heizanlage neue Wege beschritten werden: "Als interessierte Laien wußten wir um die Vorteile der Brennwerttechnik mit ihrem besonders hohen Wirkungsgrad", so Wolfgang Ziegert, Lehrer am Gymnasium. Hinzu kam die Erkenntnis, daß die gleichzeitige Erzeugung von Wärme und Strom vor Ort wegen des Wegfalls der Transportverluste für die derzeit optimale Nutzung der zugeführten Primärenergie steht. Wolfgang Ziegert: "Wollten wir beispielhaft handeln, mußten wir neue Wege gehen."

Liefert Wärme und Strom: das BHKW-Modul

Statt lediglich die Heizkessel auszutauschen, wurde folgende Idee verwirklicht: Für den Grundlastbereich wird zunächst ein Blockheizkraftwerk (BHKW) in Betrieb genommen, das gleichzeitig Wärme und Strom produziert. Die erzeugte Wärme wird in das Heizsystem eingespeist, der parallel erzeugte Strom fließt in das Stromnetz der Schule. Die überschüssige Energie wird dem Netz der Hamburgischen Elektrizitätswerke (HEW) zugeleitet und rückvergütet. Ist der Strombedarf der Schule höher als die über das BHKW gelieferte Leistung, wird die zusätzlich benötigte Energie von den HEW bezogen.

Tabelle 1: Zusammengefaßte Betriebsergebnisse

Betriebszeitraum 1997
BHKW-Betriebsstunden	5417 Std.
BHKW-Wärmeerzeugung	154 007 kWh
BHKW-Stromerzeugung	69 909 kWh
davon in der Schule genutzt davon ins HEW-Netz eingespeist ergibt eine direkte Stromnutzung von	62 366 kWh 7543 kWh 89,2%
restlicher Strombezug der Schule	67 171 kWh
BHKW-Vollbenutzungsstunden	4994 Std.
Brennstoffnutzungsgrad BHKW	100,2%
Wärmeerzeugung Kessel	525 143 kWh
Brennstoffnutzungsgrad Kessel	101,6%
Erdgasverbrauch gesamt	740 560 kWh

Gas-Brennwertkessel für größere Wärmeanforderung

Bei größerer Wärmeanforderung unterstützen zwei Gas-Brennwertkessel von EWFE (MIDIMAT HT 300, modulierend je 60 - 300 kW) die Anlage. Die EWFE Brennwertkessel wurden vor allem wegen ihrer kompakten Bauweise (Standfläche: 1 m² pro Kessel, leichte Einbringbarkeit durch Modulbauweise) und ihrer schadstoffarmen Verbrennung ausgewählt. Durch Einsatz eines Vormisch-Strahlungsbrenners liegen die NO_x- bzw. CO-Werte unterhalb 40 mg/kWh bzw. 20 mg/kWh. Der Jahresnutzungsgrad von bis zu 109% hatte ebenfalls Einfluß auf die Entscheidung.

Tabelle 2: Vergleich Erdgasverbrauch (Verbrauchsdaten gradtagsbereinigt)

Monat	Alte Heizzentrale, Schnitt der Jahre 93/94, 94/95, 95/96	Neue Heizzentrale, 1997 (einschließlich BHKW-Wärme)	zusätzlicher Erdgasverbrauch für Stromerzeugung, 1997
	kWh_Hu	kWh_Hu	kWh_Hu
Januar	151 774	105 006	9085
Februar	140 315	94 104	8731
März	104 140	85 361	9666
April	70 0 51	51 555	8473
Mai	33 127	31 353	6032
Juni	6524	9215	1547
Juli	7	0	0
August	7	0	0
September	19 364	20 827	2168
Oktober	63 029	47 624	5935
November	103 880	88 598	7730
Dezember	120 848	108 094	9560
gesamt	813 066	641 737	68 926

Hydraulische Einbindung

Jeder Kessel ist mittels eigener Kesselkreispumpen über eine hydraulische Weiche mit dem Hauptheizkreis verbunden. Das BHKW-Modul wurde parallel über eine BHKW-Kreispumpe direkt an den Hauptheizkreis angeschlossen. Damit ist sichergestellt, daß sowohl das BHKW als auch die beiden Brennwertkessel das (möglichst kalte) Rücklaufwasser zugeführt bekommen.

Die bisherigen dreistufigen Hauptkreis-Umwälzpumpen mit einer Leistung von jeweils ca. 1000 W wurden gegen moderne, differenzdruckgesteuerte Umwälzpumpen mit nur noch halber Leistung ausgewechselt. Die neuen Pumpen werden je nach Pumpenleistung mit der geringsten elektrischen Leistung angesteuert, nicht benötigte Pumpen ganz abgeschaltet. Damit können gegenüber der alten Anlage ca. 50% des Pumpenstroms eingespart werden.

Die beiden Gas-Brennwertkessel vom Typ MIDIMAT werden bei größerer Wärmeanforderung zugeschaltet.

Intelligente Computersteuerung

Für eine optimale Ansteuerung aller drei Wärmeerzeuger kommt eine "intelligente" Computersteuerung zum Einsatz (energiewerkstatt GmbH, Typ EWAC). Die Software ist speziell an das Objekt angepaßt, die Wärmeerzeuger werden zur Minimierung der Starts modulierend sowie mit Mindest-Ein- bzw. Aus-Schaltzeiten angesteuert. Darüber hinaus werden die Heizkreise individuell gesteuert bzw. abgesenkt. Über ein Modem sind eine Ferndiagnose der Hauptanlagenparameter sowie eine Störungsfernmeldung möglich. Die Steuerung ermöglicht auch den Anschluß an eine übergeordnete Gebäudeleittechnik.

Fazit nach dem ersten Betriebsjahr

Die Erneuerung der Heizzentrale war ein Erfolg in jeder Hinsicht, wie die Ergebnisse des ersten Kalenderjahres belegen. Wirtschaftlich hat die Installation der Gas-Brennwertkessel und der BHKW-Anlage den Etat der Schule entlastet. Die Einsparungen beliefen sich auf ca. 17000 DM. Kosten für Wartung und den zusätzlichen BHKW-Erdgasverbrauch zur Stromerzeugung sind hier bereits berücksichtigt. Allein durch die Modernisierung der alten Heizkessel und den Einsatz moderner Gas-Brennwertkessel wurde eine Einsparung von 8800 DM erreicht.

Der CO₂-Ausstoß wurde durch die gekoppelte Erzeugung von Strom und Wärme um ca. 50 t pro Jahr reduziert. Die CO₂-Ersparnis, die aus dem hohen Nutzungsgrad der Kesselanlage resultiert, beträgt weitere ca. 30 t pro Jahr***) - die Gesamtersparnis beträgt somit jährlich 80 t.

Bild 1: Wärmeerzeugung BHKW und Kessel.

Alle wesentlichen Daten können der Tabelle 1 entnommen werden. Wichtig für die Interpretation: die Heizzentrale deckt nur die Raumwärmeversorgung. Im Sommer ist sie nicht in Betrieb.

Die Aufteilung der Wärmeerzeugung zwischen dem BHKW-Modul und den Kesseln zeigt das Bild 1.

Erdgasverbrauch

Weiterhin interessierte die Frage, wieviel Erdgas mit der neuen Anlage eingespart werden konnte. Um eine Vergleichbarkeit zu schaffen, mußten die Verbrauchsdaten witterungsbereinigt werden. Die Daten des Verbrauchs für die Raumwärmeversorgung wurden auf ein normales Witterungsjahr ("Basisjahr") umgerechnet (Tabelle 2).

Die Ersparnis beim Erdgasverbrauch für die Wärmeerzeugung beträgt 813066 kWh_Hu - 641737 kWh_Hu = 171329 kWh_Hu. Der Verbrauch wurde somit um ca. 21% gegenüber der alten Anlage verringert.

Insgesamt wurde für die kombinierte Wärme- und Stromerzeugung weniger Erdgas verbraucht als vor der Sanierung ohne Stromerzeugung.

*) Uwe Markwort, EWFE Brennwert-Heiztechnik GmbH (Bremen); Werksvertretung Markwort & Partner Ing. GmbH, Wulfsen

**) Stefan Bielkin, abasto - ökologische Energietechnik GmbH, Gesellschaft für regenerativen und rationellen Energieeinsatz, Hamburg

***) Datengrundlage jeweils ASUE

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