Projekt
Historie
Das Altersheim Hofmatt am Rande der Gartenstadt Münchenstein nahe Basel in der Schweiz ist eine Stiftung der Familie Zaeslin im Gedenken an ihre beiden bei einem Eisenbahnunglück 1891 verstorbenen Söhne. In der damaligen „Erholungsstation Hofmatt“ fanden Rekonvaleszente des Spitals aus Basel Aufnahme. 1940 erfolgte die Neunutzung als Fürsorgeheim und in den 1960er Jahren schließlich der Wandel zum Alters- und Pflegeheim aufgrund der veränderten Nachfragesituation. Deshalb erfolgte zwischen 1966 und 1968 der Bau des ersten Bettenhauses mit ca. 60 Betten und im Jahre 1977 kam der Erweiterungsbau West hinzu. Einer ersten Sanierung 1984 folgte eine zusätzliche Erweiterung 1995, sodass der Grundstein zur Pflege mit 124 Betten geschaffen wurde.
Im Jahr 2010 erfolgte die Planung für eine komplette Renovierung und nochmalige Erweiterung des Pflegeheims. Auf der IFAT 2010 stellte die HUBER SE erstmalig einen Wärmetauscher vor, der speziell für den Einsatz mit Abwasser konzipiert war. Die Ingenieure der ETA Group wurden auf diesen aufmerksam und stellten ihre Idee der Abwasserwärmenutzung im kleinen Kreislauf der Firma HUBER SE vor. Schnell war klar, dass mit dem Abwasserwärmetauscher RoWin der optimale Wärmetauscher für die Idee der AWN für die Hofmatt gefunden wurde.
Das Alters- und Pflegeheim Hofmatt wird seit 2012 saniert und in diesem Zuge um zwei Blöcke erweitert. Hierbei wurde auch das Energiekonzept des Hauses von Grund auf überarbeitet. Die Nutzung der Restwärme des Abwassers des Hauses und der zugehörigen Kantine spielte hierbei eine wichtige Rolle. Das gesamte Abwasser des Komplexes wird in einem Sammelschacht vor dem Gebäude gesammelt (vgl. Abbildung 1) und anschließend über den Abwasserwärmetauscher HUBER RoWin geleitet. Dabei wird dem 23 °C warmen Abwasser die Energie entzogen und einer Wärmepumpe zugeführt.
Vergleich mit alternativen Lösungen
Zu Beginn der Planung dieses Vorhabens wurde ein manuell zu reinigender Wärmetauscher zum Einbau in einen Abwasserschacht in Betracht gezogen. Das Abwasser wird dabei beim Einlaufen in den Wärmetauscher über eine Filtereinheit geleitet, um den Wärmetauscher vor Grobstoffen zu schützen. Aufgrund der Biofilmbildung und der nicht vorhandenen präventiven Abreinigung der Wärmetauscherflächen ist eine manuelle Reinigung dieses Systems notwendig und es fallen hohe Wartungskosten an. Zudem ist ein recht großer Schacht notwendig, in den der Wärmetauscher verbaut wird.
Aus diesen Gründen entschied sich die EBM als Contractor, Anlagenbesitzer und Betreiber für den Einsatz eines HUBER RoWin welcher durch seine vollautomatische mechanische Reinigung der Wärmetauschermodule wartungsfrei seinen Dienst verrichtet. Gleichzeitig garantiert einer Turbulenzerzeuger eine konstant hohe Wärmeübertragungsleistung auch bei Batch-Beschickung (chargenweise Beschickung). Es kommt eine vollautomatische Siebanlage im Abwasserschacht zum Einsatz, welche die Pumpe und den Wärmetauscher vor Grobstoffen schützt. Der Abwasserschacht konnte zudem deutlich kleiner ausgeführt und mit Gas- und Geruchsdichten Schachtdeckeln versehen werden (vgl. Abbildung 3). Dadurch war es möglich den Schacht in direkter Nähe des Gebäudes zu platzieren ohne die Bewohner durch Emissionen zu belästigen.
Auf der Heizungsseite kommt eine Kolbenkompressor-Wärmepumpe mit Direktkondensation zum Einsatz welche das Brauchwarmwasser in den Kombispeichern auf bis zu 70°C erhitzen kann. Als 100% Backup und Spitzenlastabdeckung steht der Fernwärmeanschluss der EBM Münchenstein zur Verfügung, die auch als Contractor des Systems auftritt. Die Idee der speziellen Fernwärmstation mit vollständig integrierten Anlagenteilen erfolge über die Firma HLK Consutling GmbH in Dornach. Von ihr stammt das Konzept Konzept der Brauchwassererwärmung und Heizungsunterstützung statt reiner Brauchwasserwärmung. Diese Lösung wurde bereits vor rund 15 Jahren diversen Anlagen in Basel realisiert, dort diente Abwärme aus den Kühlprozessen als Wärmequelle, hier wie beschrieben Abwasser. ETA Group hat die schlüsselfertige Lieferung der Anlage übernommen. Ebenfalls kommt die Steuerung der gesamten Anlage aus der Feder der ETA Group.Obwohl eine höhere Nutzung der Abwärme durch die Heizungsunterstützung möglich wurde, war die Anlage als Gesamtkonzept nicht teurer als die ursprünglich vorgesehene Lösung.
Maschinentechnik
Neben dem Abwasserwärmetauscher HUBER RoWin in seiner kleinsten Baugröße 4S wurde auch die ROTAMAT® Siebanlage RoK 1 von der HUBER SE geliefert. Der Wärmetauscher wurde im Keller des Gebäudes neben der Wärmepumpe installiert (vgl. Abbildung 4).
Von Seiten der ETA Group wurde eine Wärmepumpe mit Kolbenkompressor und Direktkondensation geliefert welche das Brauchwarmwasser auf bis zu 70°C erhitzen kann. Die ETA Group verbaute dabei Speicher der Firma Jenni, die für den Betrieb mit Direktkondensation geeignet sind. Durch den entfall eines weiteren Wärmetauschers kann die Effizienz des Systems gesteigert werden und auch die erreichbare Temperatur steigt an. Im Inneren des Schichtspeichers wird das Brauchwarmwasser im oberen Teil mit 65°C vorgehalten, in der Mitte liegt 30-40 °C Wasser für die Gebäudeheizung und im unteren Teil des Speichers wird das Wasser mit 25°C zur weiteren Kühlung des verflüssigten Kältemittels vorgehalten.. Ein drehzahlgeregelter Kompressor erhöht den Wirkungsgrad bei Teillastbetrieb.