Ein attraktiver Kandidat für die erneuerbare Wärme- und Kälteversorgung ist der Einsatz von Wärmepumpen zur Gewinnung thermischer Energie aus dem Grundwasser. Um die hohen energetischen Potentiale dieser natürlichen Quelle optimal ausschöpfen zu können, bedarf es eines leistungsfähigen Speicher- und Verteilsystems, das eine präzise Schichtung unterschiedlicher Temperaturstufen ermöglicht und gleichzeitig bekannte Hydraulikprobleme in den Griff bekommt. Die Zortea Gebäudetechnik GmbH aus Hohenems/Vorarlberg zeigt im folgenden Beitrag, wie ein solches System aussehen und wirksam arbeiten kann.

Je höher das Gewicht eines Fahrzeugs, desto mehr Energie ist erforderlich, um es zu bewegen. Um auf den Straßen für einen möglichst geringen Energieverbrauch zu sorgen, produziert das österreichische Unternehmen Berger Fahrzeugtechnik den 4,7 t schweren Sattelauflieger „Berger ecotrail“ – und macht mit diesem den LKW-Verkehr ein Stück weit umweltfreundlicher. Dieser Zielsetzung folgte der Hersteller von gewichtsoptimierten Trailern auch beim Ausbau seines Produktionsstandorts im Tiroler Radfeld, wo in den nächsten Jahren die Produktion von 1.500 auf 3.000 Fahrzeugen hochgefahren werden soll. „Ein umweltverträglicher Güterverkehr hört nicht auf der Straße auf. Eigengewichtreduktion und Nutzlastoptimierung stehen am Ende einer langen Produktionskette“, erklärt Bastian Litterscheid, Geschäftsführer der Berger Fahrzeugtechnik. „Ein grün orientierter Betrieb kann aus unserer Sicht nur dann erfolgreich funktionieren, wenn alle Glieder in dieser Kette mit allen zugehörigen Prozessen auf dieses Ziel ausgerichtet sind.“

Ein zentraler Baustein dieser Strategie ist die Energieversorgung des neu errichteten 11.500 m² großen Verwaltungs- und Fertigungsgebäudes. „Unser Wunsch war es, den großen Bedarf an Wärme und Kälte möglichst effizient und ressourcenschonend zu decken“, berichtet Martin Vogl, Instandhaltungstechniker bei Berger. „Die Planung gestaltete sich dann aber schwierig: Es fehlten grundlegende Referenzwerte wie etwa abnehmerspezifische Verbrauchsgrößen, aus denen man die aktuellen und die zukünftigen thermischen Anforderungen hätte ermitteln können. Daneben mussten alle Bau- und Installationsmaßnahmen bei laufendem Produktionsbetrieb durchgeführt werden.“

Zu jeder Jahreszeit stabil

Mit der Planung einer dennoch optimal dimensionierten und praktikabel realisierbaren energetischen Versorgungslösung wurde das vielfach für umweltorientierte Umsetzungen ausgezeichnete Ingenieurbüro Moser & Partner betraut. Für die Bereitstellung von Wärme und Kälte wählten die Ingenieure das Grundwasser als primäre Energiequelle: Deren konstante Temperatur von 8 bis 12 °C kann zu jeder Jahreszeit unter Einsatz von Wärmepumpentechnologie effektiv genutzt werden.

Bauseitig wird eine solche Lösung mittels einer Grundwasseranlage umgesetzt. Sie besteht aus zwei Brunnen: dem Saugbrunnen und dem Schluckbrunnen – über die das Wasser hochgepumpt, thermisch verwertet und dann wieder in die Erde zurückgeführt wird. Dazwischen befindet sich die eigentliche Versorgungsanlage für Wärme und Kälte. Sie besteht aus zwei Niedertemperatur-Wärmepumpen mit je 450 kW Heizleistung, einer Hochtemperatur-Wärmepumpe mit 185 kW sowie einem Plattenwärmeübertrager zur Grundwasser-Kühlung mit 1.050 kW.

Exakte Schichtung verbessert Wärmepumpen-Performance

Für eine maximale Ausschöpfung des thermischen Potentials wählten die Planer die Integration der „Zortström“-Technologie. Diese vereint in sich die Funktionen von Speicher und Verteiler. In dem „Zortström“-Behälter werden Wärme- oder Kälteströme von einem oder mehreren Erzeugern und die Heiz- und Kühlkreise der Abnehmer zusammengeführt und hydraulisch entkoppelt. Im Inneren können die verschiedenen Temperaturstufen für die unterschiedlichen Kreise in beliebig vielen Schichten gespeichert und bedarfsgerecht an die Abnehmer verteilt werden.

Die Speicherqualität der „Zortström“-Technologie im Verbund mit Wärmepumpen wurde 2019 am Institut für Solartechnik SPF in Rapperswil untersucht. Im Rahmen dieses Tests ermittelte man dabei die Schichtungseffizienz verschiedener Vorhaltesysteme nach einer standardisierten Methode. Das Ergebnis war eine Schichtungseffizienz von 83,5 Prozent, was der Effizienzklasse A entspricht. Die hohe Speicherqualität führt im Realbetrieb zu einem deutlich verbesserten Wirkungsgrad der Wärmepumpen. Gleichzeitig lässt sich bei einer Steigerung der Schichtungseffizienz um zehn Prozent der elektrische Energiebedarf einer Wärmepumpe, nach Angaben des Herstellers, um 16 Prozent senken.

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