Sieben im (Spezial-)System

Was heute in Sachen energieeffizienter Heiztechnik möglich ist, lässt sich in der ehemaligen Bergbaustadt Bad Lauterberg im Harz bestaunen. Genauer gesagt, in der dortigen Kooperativen Gesamtschule (KGS), die jetzt ein hochmodernes Heizsystem vorweist. Die Zusammenstellung der einzelnen Komponenten und deren Zusammenspiel sind nicht alltäglich und senken die Energiekosten zugleich auf ein Minimum. Für die Wärme- und Warmwassererzeugung arbeiten vor allem sieben Hauptkomponenten im System zusammen: zwei Gas-Brennwertkessel und drei Gas-Wärmepumpen von Buderus sowie zwei Brennstoffzellen vom Hersteller SOLIDpower.

Und genau diese Kombination macht sich bezahlt – die bisherigen Auswertungen alleine des Gasverbrauches zeigen, dass sich die Investition des Landkreises Göttingen gelohnt hat: Im vierten Quartal 2019 verbrauchte die Schule mit knapp 332 MWh etwa 19 Prozent weniger Gas als im gleichen Zeitraum des Vorjahres (etwa 412 MWh). Im darauffolgenden ersten Quartal 2020 belief sich die Ersparnis durch das neue Heizsystem im Vergleich zum Vorjahresquartal sogar auf satte 26 Prozent (von 413 MWh zu 304 MWh). Hinzu kommt, dass die KGS einen Teil ihres benötigten Stroms mit den neuen Brennstoffzellen selbst erzeugt.

Effizientes Gas-Brennwert-Duo

Die bis zu viergeschossigen Gebäude der KGS Bad Lauterberg wurden 1973 gebaut, der langgezogene Komplex mit einer Nutzfläche von mehr als 6.300 m² teilt sich in mehrere Bereiche auf. So gehören zur Schule Fachklassenbereiche, Verwaltung, Pausenhalle mit Bühne, Mensa sowie eine Sporthalle mit Nebenräumen. Die Fenster wurden bereits teilweise saniert, die Außenwände befinden sich noch im Originalzustand. Die neue Heizungsanlage ersetzte das in die Jahre gekommene System aus dem Jahr 1994. Geplant hat das Heizsystem das Planungsbüro Breitenstein aus Dingelstädt in Zusammenarbeit mit dem Landkreis Göttingen und Buderus. Bereits in der Planung erwies sich als vorteilhaft, dass die Heiztechnik besonders darauf ausgelegt ist, im System mit allen Komponenten effizient zusammenzuarbeiten. Für die Installation zeichnete die Lodewick GmbH aus Herzberg im Harz verantwortlich.

Die Komponenten des modernen Heizsystems sind jeweils in Kaskade geschaltet. Die Spitzenlastabdeckung übernehmen die beiden Gas-Brennwertkessel „Logano plus KB372“ mit einer Gesamt-Heizleistung von 600 kW. Ein Gas-Vormischbrenner mit einem großen Modulationsbereich von 1:6 macht die Wärmeerzeuger besonders effizient – er liefert nur so viel Leistung, wie es dem aktuellen Bedarf entspricht. Zum sparsamen Betrieb tragen ebenso die Hochleistungs-Aluguss-Wärmeübertrager des Kessels bei. Die Gas-Brennwertkessel wurden nicht zuletzt auch aufgrund ihrer Möglichkeiten zur Systemintegration gewählt: Über das digitale Regelsystem „Logamatic 5313“ lassen sie sich selbst in dieser komplexen Anlage verbrauchs- sowie kostenoptimiert und in Abhängigkeit der anderen Systemkomponenten steuern. Der Abgasanschluss erfolgte im geräumigen Heizraum jeweils hinten am Kessel, je nach den Gegebenheiten vor Ort ließe sich dieser auch einfach nach oben ausführen.

Gas-Wärmepumpe minimiert CO₂-Fußabdruck

Die drei Gas-Wärmepumpen „Logatherm GWPL 41kW“ kombinieren die Energieträger Außenluft und Erdgas. „Die Technologie ist eine der effektivsten Arten, erneuerbare Energien in Großprojekte einzubinden“, unterstreicht Marcus Kleeblatt, der das Projekt bei Buderus als zuständiger Projektmanager technischer Systemvertrieb betreut hat. Wie eine herkömmliche Wärmepumpe hebt auch eine Gas-Absorptionswärmepumpe Umweltwärme auf ein für die Heizung und Trinkwassererwärmung geeignetes Temperaturniveau. Im Gegensatz zu traditionellen Wärmepumpensystemen nutzt sie als Antriebsenergie für diesen Prozess jedoch nicht Strom, sondern Erdgas. Das trägt weiter dazu bei, Energiekosten zu sparen, weil Gas im Vergleich zu Strom aus konventionellen Quellen nicht zunächst durch Umwandlung anderer Primär- oder Sekundärenergien gewonnen werden muss.

Im Heizsystem der Schule arbeitet die Gas-Wärmepumpen-Kaskade bivalent mit den Gas-Brennwertkesseln zusammen und unterstützt die Heiz- und Warmwasserbereitung – bei einer Außentemperatur von 7 °C mit rund 123 kW. Mit ihren langen Laufzeiten decken sie die Wärme-Grundlast. Beide Anlagen sind hydraulisch über Pufferspeicher mit insgesamt 3.000 Liter entkoppelt und verbunden. Die KGS senkt durch die innovative Technologie ihre Treibhausgas-Emissionen, denn die „Logatherm GWPL 41kW“ reduziert den CO₂-Ausstoß um bis zu 40 Prozent im Vergleich zu konventionellen Wärmeerzeugern, sie erreicht dabei einen hohen Wirkungsgrad von bis zu 164 Prozent. Ebenso wie die beiden Brennwertkessel arbeiten auch die drei Gas-Wärmepumpen modulierend, bei Bedarf fahren sie auf bis zu 20 kW herunter – der Modulationsbereich beträgt bei jeder der drei Gas-Wärmepumpen 50 bis 100 Prozent. Die maximale Vorlauftemperatur beträgt im Heizbetrieb 65 °C und im Warmwasserbetrieb 70 °C. „Auch im tiefsten Winter ist man mit den Gas-Wärmepumpen auf der sicheren Seite“, betont Marcus Kleeblatt. „Die arbeiten auch noch bei bis zu -20 °C.“ Im Sommer sind sie bei bis zu +45 °C in Betrieb.

Die Installation auf dem Flachdach der Schule ging schnell von der Hand: „Die Kaskade ist bei der Buderus-»Logatherm GWPL 41kW« bereits vorinstalliert und verrohrt, sie wird vormontiert auf Stahlträgern geliefert. Dadurch hatten wir weniger Aufwand bei der Montage“, so Frank Bernkurth von der Lodewick GmbH. Praktisch: Durch die Aufstellung auf dem Flachdach war keine zusätzliche Abgasleitung für die Gas-Wärmepumpen nötig. Im Schaltschrank sind zudem alle relevanten Bauteile vorverdrahtet, externe Bauteile und Regelung werden an dafür vorgesehenen Klemmen angeschlossen. Die Wartung ist vergleichbar mit der eines Gas-Brennwertkessels.

Eigener Strom aus Brennstoffzellen

Ergänzt wird das Heizsystem durch zwei Brennstoffzellen „BlueGEN BG-15“ vom Hersteller SOLIDpower. Die Hochtemperatur-Brennstoffzellen (SOFC) dienen als Beistelllösung zu den Brennwertkesseln und sind mit einer thermischen Leistung von maximal 1,7 kW bei einer Rücklauftemperatur von 30 °C (0,9 kW bei Rücklauftemperatur 50 °C) hydraulisch in die Pufferspeicheranlage eingebunden. Die Brennstoffzellen nutzen ebenfalls den Energieträger Erdgas und erzeugen zugleich Strom und Wärme – ihre Hauptfunktion liegt darin, die elektrische Grundlast der Gesamtschule von 3 kW zu decken. Überschüssiger Strom entsteht somit nicht, weil der erzeugte Strom vollständig selbst verbraucht wird. Bei höherem Bedarf, beispielsweise im Schulbetrieb, wird zusätzlich Strom aus dem Netz bezogen.

Eine übergeordnete Gebäudeleittechnik steuert das Heizsystem. Integriert sind hier die digitalen Regelgeräte „Logamatic 5313“ der beiden Gas-Brennwertkessel. Jedes Regelgerät hat eine serienmäßige Modbus- sowie eine IP-Schnittstelle und kann mehrere Module aufnehmen, beispielsweise um weitere Heizkreise anzusteuern oder zusätzliche Wärmeerzeuger zu integrieren. Die Montage ist auf dem Kessel, an der Kesselseite oder an der Wand möglich. Alternativ zur Steuerung über die Gebäudeleittechnik lassen sich die Regelgeräte auch über das 7-Zoll-Touch-Display und die Tasten bedienen. Den aktuellen Betriebsstatus zeigt ein großer LED-Lichtstreifen in der entsprechenden Farbe an, der Status der Anlage ist so auch aus der Ferne gut zu erkennen.

Fazit

Auch im Gebäudebestand lassen sich innovative Technologien für eine besonders effiziente Heiz- und Warmwasserbereitung kombinieren. Die KGS Bad Lauterberg ist das beste Beispiel dafür, wie ein Gebäude aus den 1970er-Jahren mit der richtigen Systemexpertise so modernisiert werden kann, dass die Energiekosten um gut ein Viertel niedriger ausfallen als zuvor. Durch diese Einsparungen machen sich die Investitionskosten mittelfristig bezahlt.