Wärme- und Kälteversorgung aus Abwasser für Ministeriumsneubau in Stuttgart

Technikzentrale mit Abwasserschacht (RoK 4 im Behälter)  und Abwasserwärmetauscher im Hintegrund
Technikzentrale mit Abwasserschacht (RoK 4 im Behälter) und Abwasserwärmetauscher im Hintegrund

Es ist sicherlich nicht etwas Besonderes, wenn ein Bundesland ein vollständig neues Ministeriumsgebäude errichtet. Aber es ist etwas Besonderes, wenn sich das Land dazu entschließt, dieses nicht nur unter sehr hohen Anforderungen an die Energieeffizienz zu errichten, sondern dabei auch einen vollständig neuen Weg zur Wärme- und Kälteversorgung begeht. Dieser Weg ist die Nutzung von kommunalem Abwasser, welches ganzjährig eine Temperatur von 10° - 12° C besitzt. Damit stellt es eine ideale Quelle für den Betrieb von Wärmepumpen zum Beheizen und Kühlen von Gebäuden dar.

Im Herzen von Stuttgart wurde Ende des Jahres 2012 der Neubau eines Ministeriumsgebäudes fertiggestellt, welches nun das komplette Innenministerium sowie Teile des Ministeriums für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz und des Umweltministeriums beherbergt. Insgesamt werden rund 610 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter dieser drei Ressorts dort ihren Arbeitsplatz haben. Neben der Büronutzung sind im Gebäude Bereiche mit höchsten Sicherheitsanforderungen, die Lagezentren der Landesregierung, der Polizei und des Katastrophenschutzes vorhanden. Ein Konferenz- und Veranstaltungsbereich, eine Tageseinrichtung zur Kinderbetreuung und eine Kantine runden das Raumangebot ab. Durch ein flexibles Raumkonzept kann sich das Gebäude zudem ohne wesentliche bauliche Änderungen wechselnden Nutzungsanforderungen anpassen.

Außenansicht der Technikzentrale
Außenansicht der Technikzentrale

Die Staatliche Vermögens- und Hochbauverwaltung ist als fachkundiger Bauherr zuständig für alle Leistungen rund um die Immobilien des Landes und für Bauaufgaben des Bundes in Baden-Württemberg. Auch der Neubau des Ministeriums lag in diesem Verantwortungsbereich. Eigentümer des Hauses ist die Baden-Württemberg Stiftung GmbH. Das Land hat das Haus von der Stiftung angemietet.

Für das Gebäude sind sehr hohe Anforderungen an die Energieeffizienz vorgegeben worden. So soll der Gesamtprimärenergiebedarf maximal 120 kWh/m²a und der Heizenergiebedarf maximal 30 kWh/m²a betragen. Zur Erfüllung der Anforderungen kommt neben einer thermisch optimierten Gebäudehülle im Neubau des Ministeriums moderne und energieeffiziente Anlagentechnik zum Einsatz.

Mit einem innovativen Heiz- und Kühlkonzept wird das städtische Abwasser des vor dem Gebäude gelegenen Nesenbachkanals energetisch genutzt. Der Nesenbachkanal ist einer der wichtigsten Hauptsammler in Stuttgart und besitzt bei Trockenwetter einen Abfluss von über 170 l/sec, welcher im Regenwetterfall schlagartig auf mehrere Kubikmeter pro Sekunde anwachsen kann. Nach intensiver Prüfung der Randbedingungen und zahlreichen Gesprächen konnte HUBER ein Konzept zum Heizen und Kühlen mit Abwasser vorstellen, welches im Laufe der Zeit weiter optimiert wurde. Grundlage hierfür ist wieder einmal das Verfahren HUBER ThermWin®, welches bereits in vielen Projekten erfolgreich umgesetzt wurde.

Zwei HUBER Abwasserwärmetauscher RoWin® der Baugröße 8 sowie drei Wärmepumpen sorgen ab sofort dafür, dass die Mitarbeiter des Ministeriums im Winter sowie Sommer jederzeit ein angenehmes Klima vorfinden. Im der Heizperiode werden dem Abwasser bis zu 420 kW thermische Energie entzogen und durch Einsatz von Wärmepumpen ca. 530 kW dem Gebäude zugeführt. Für Spitzenlastzeiten sowie als redundantes System wird ein Fernwärmeanschluss bereitgehalten. Aus den günstigen Primärenergiefaktoren der Fernwärme und der hochwirksamen Abwasserwärmenutzung kann der Primärenergieaufwand für Heizzwecke auf unter 30 kWh/m²a gesenkt werden. Dies entspricht einem Energiebedarf von 3 Liter Heizöl pro Jahr und Quadratmeter. Zur Verteilung der Heizenergie wird im Gebäude ein Niedertemperaturheizsystem eingesetzt. Hier wird zur Abdeckung der Heizgrundlast die Wärme über eine Betonkernaktivierung in die Büros eingebracht. Hierfür werden Betondecken und -böden durch eingelassene wasserführende Rohrleitungen als Wärme- oder Kältespeicher genutzt. Die Betonkernaktivierung wird in den Sommermonaten auch zur Kühlung der Büros eingesetzt. Dem Gebäude werden dabei maximal ca. 600 kW Wärme entzogen und mit den vorhandenen Wärmepumpen 730 kW an das Abwasser abgegeben. Aufgrund der großen wirksamen Flächen kann mit geringen Temperaturdifferenzen ein sehr behagliches Raumklima auch während der heißen Sommertage erreicht werden. So kann das Gebäude zu großen Teilen mit regenerativer Energie beheizt werden. Das Gebäude bietet somit bei minimalen Energiekosten und höchster Energieeffizienz eine bestmögliche Behaglichkeit für die Nutzer.

Einer der beiden HUBER Abwasserwärmetauscher RoWin® beim Überheben über das Ministerium
Einer der beiden HUBER Abwasserwärmetauscher RoWin® beim Überheben über das Ministerium
Der erste Wärmetauscher ist im Gebäude.
Der erste Wärmetauscher ist im Gebäude.

Die Montage stellte sehr große Anforderungen an die eingesetzten HUBER Monteure, welche ihre Aufgabe mit maximaler Einsatzbereitschaft und Erfahrung bewältigten. Aufgrund der örtlichen Einschränkungen zur Einbringung der Wärmetauscher mussten diese sowie die gesamte Maschinentechnik während des laufenden Baubetriebes mit einem Schwerlastkran über das Gebäude gehoben und anschließend sofort zum endgültigen Aufstellort in das Gebäude eingebracht werden. An dieser Stelle ist den eingesetzten Monteuren unter der Leitung von David Böhm und Thomas Götz ein ganz besonderes Lob auszusprechen.

Die abwassertechnischen Einrichtungen wurden von HUBER im Herbst in Betrieb genommen und nach einem mehrwöchigen Probebetrieb erfolgte im Dezember 2012 die endgültige Abnahme durch den Auftraggeber. Derzeit wird die gesamte Wärme- und Kälteversorgung durch den Betreiber des Gebäudes eingefahren und optimiert. Der Ministeriumsneubau an der Willy Brandt Straße in Stuttgart damit einen Meilenstein für energetisch vorbildliche öffentliche Gebäude dar.

Anlagen zur Wärmerückgewinnung aus Abwasser sind keine Produkte „von der Stange“. Es sind  verfahrenstechnische Lösungen, die mit ingenieurmäßigem Know-how und einem gewissen Einfallsreichtum gepaart, geplant werden müssen, um sich der örtlichen Situation anzupassen. Dies ist auch in Stuttgart der Fall und sich den Erfahrungen von bereits realisierten Projekten bedient.  In unserer heutigen Zeit ist der vom Menschen erzeugte Klimawandel eine der wichtigsten Herausforderungen. Die globale Erderwärmung muss auf ein Maximum von 2 °C beschränkt werden, ansonsten ist das Leben auf der Erde in der bestehenden Art und Weise zukünftig nicht mehr möglich. Ziel muss es daher unter anderem sein, eine nachhaltige Energieversorgung zu schaffen. Einerseits können hierzu Gesetze und Förderprogramme durch den Staat erlassen werden, andererseits bedarf es des Willens jedes einzelnen Bürgers, sich dieser Herausforderung zu stellen und auch entsprechend zu handeln. Leider wird letzteres immer noch durch den Gedanken der Wirtschaftlichkeit aus finanzieller Sicht negativ beeinflusst. Das Projekt zur Abwasserwärmenutzung in Stuttgart zeigt deutlich auf, welche Chancen heute und morgen bestehen, einen Beitrag zur Erreichung der Klimaschutzziele zu liefern. Mit der Nutzung der Abwasserwärme kann in den nächsten Jahren wirtschaftlich und verzichtsfrei der Primärenergieverbrauch und der CO2-Ausstoß gesenkt werden. Die Abwasserwärmenutzung ist kein Ersatz, aber eine sinnvolle Ergänzung bestehender Energieträger im Sinne einer langfristigen Energieversorgung.

 

Zahlen zum Projekt:

  • 2 HUBER Abwasserwärmetauscher RoWin®, Baugröße 8
  • Max. benötigte Abwassermenge: 60 l/s
  • Heizfall:   

    • 420 kW Entzug aus dem Abwasser
    • 530 kW Abgabe an das Gebäude

  • Kühlfall:

    • 580 kW Entzug aus dem Gebäude
    • 730 kW Abgabe an das Abwasser

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