Wärmegeführte BHKW-Lösung für gemeinnützige Einrichtung

Wie eine wirtschaftliche, effiziente Strom- und Wärmeerzeugung mit KWK umgesetzt werden kann, zeigt ein Projekt der Yados GmbH in Hoyerswerda.

Für die gemeinnützige Lausitzer Werkstätten GmbH in Hoyerswerda, die unter anderem in der Metall- und Holzbearbeitung, der Garten- und Landschaftspflege und in einer Großwäscherei mehr als 350 behinderte Menschen beschäftigt, wurde die Modernisierung ihrer Wärmeversorgung mit steigender Nachfrage von Wäschereileistungen und veränderten Hygienebestimmungen zur Chefsache.

Angesichts des kontinuierlich hohen Strom- und Wärmeverbrauchs der Einrichtung entschieden sich die Betreiber für eine fortschrittliche KWK-Lösung, zumal insbesondere energieintensive Branchen höchste Wirk- und Nutzungsgrade mit der Technologie erzielen.

Auf Basis von Kraft-Wärme-Kopplung erzeugen spitzenlastfähige Blockheizkraftwerke (BHKW) gleichzeitig elektrische Energie und Wärme. Zugeführte fossile oder erneuerbare Primärenergie wird damit deutlich effizienter, als bei konventionellen Anlagen mit getrennter Produktion genutzt. Moderne Katalysatoren reduzieren zudem die Abgasemissionen der Motoren auf ein Minimum.

Die Planung eines maßgeschneiderten Wärmekonzeptes für die Lausitzer Werkstätten startete im September 2017. In Zusammenarbeit des IGT Ingenieurbüros für Gebäudetechnik in Dresden (Planung), der Scholze Haustechnik GmbH (Installation) und der Yados GmbH (Anlagen- und Komponentenbau), beide ansässig in Hoyerswerda, entstand ein effizienzoptimiertes und zukunftssicheres Versorgungssystem, das bereits im März 2018 erfolgreich seinen Betrieb aufnehmen konnte.

Versorgungstechnische Sanierungen im Bestand stellen Architekten, Fachplaner und Anlagenbauer vor ständig neue Herausforderungen. Unveränderliche oder schwer modifizierbare Bedingungen der bestehenden Infrastruktur, der Technischen Gebäudeausrüstung (TGA) oder spezifische Nutzungsverhältnisse verlangen oftmals eine hochflexible Planung und Umsetzung der neuen Energieerzeugungs- und Energieverteilsysteme. In Hoyerswerda lag die besondere Herausforderung der Anlagen-Konzeptionierung darin, das sehr begrenzte Platzangebot im Technikraum optimal zu nutzen.

Um das vorhandene Effizienzpotential moderner KWK-Systeme im späteren Betrieb maximal ausschöpfen zu können, muss die gesamte Anlage bedarfskonform ausgelegt und dimensioniert werden. Die dafür notwendigen, differenzierten Verbrauchswerte stehen für alte, gewachsene Gebäudekomplexe jedoch nicht immer zur Verfügung. Das passgenau zugeschnittene Anlagenkonzept für die Lausitzer Werkstätten entwickelten die zuständigen Planer basierend auf vorliegenden Monats- und Jahresabrechnungen für Strom und Gas.

Bedarfsgerechtes Wärmekonzept

Nach Vorgaben der Planungsexperten und auf Basis der Wirtschaftlichkeitsberechnungen fertigte Yados ein wärmegeführtes, auf 5.500 Vollnutzungsstunden pro Jahr ausgelegtes BHKW mit einer thermischen Leistung von 78 kW und einer elektrischen Leistung von 50 kW. Damit kann der größte Teil des Wärme- und Strombedarfs der Einrichtung dezentral erzeugt werden.

Die Versorgung zu Spitzenlastzeiten wird über eine Yados-Fernwärmestation mit einer Leistung von 450 kW gesichert. Zwei exakt den baulichen Gegebenheiten angepasste Wärmeverteilstationen des Herstellers bedienen insgesamt elf Heizkreise und sorgen für die Trinkwassererwärmung. Die Trinkwarmwasserbereitung selbst erfolgt im Durchflussprinzip mittels einer Frischwasserstation.

Erst wenn sämtliche Anlagenkomponenten und Prozesse über eine übergeordnete Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik (MSR-Technik) vernetzt sind, kann eine Versorgungsanlage kontinuierlich kosten-, umwelt- und leistungsoptimal betrieben werden. In Hoyerswerda sorgt das busbasierte Steuerungssystem "Yado|Link" für die exakte Überwachung, Koordination und vollautomatische Regelung der Energiezentrale mit BHKW, Wärmeübergabestation, Heizungsverteiler und Trinkwassersystem.

Dafür werden betriebsrelevante Daten über modulare Regelungseinheiten an das integrierte Leit- und Kommunikationssystem übertragen. Aus den Prozessdaten kann eine Echtzeit-Abbildung der energetischen Ist- und Soll-Zustände der Erzeuger, Verteiler und Abnehmer erstellt werden. Wesentliche Daten und Informationen, etwa zu Temperaturen, Drücken oder Betriebs- und Störmeldungen der Energiezentrale, werden einfach, übersichtlich und anwenderfreundlich visualisiert.

Kommt es zu Abweichungen oder Störungen in den laufenden Prozessen, können diese direkt erkannt und behoben werden (z.B. automatische Wärmeerzeuger- oder Pumpenumschaltung bei Störungen oder ein vorbeugender "Pumpenkick" bei Trockenläuferpumpen). Anlagenfahrweise und Ausregelung der Rücklauftemperaturen können bedarfsabhängig im laufenden Netzbetrieb über das Leitsystem korrigiert und optimiert werden – das trägt maßgeblich zur rationellen Nutzung der eingesetzten Energie bei und spart zusätzlich Kosten.

Flexibilität senkt Gesamtkosten

Das exakt aufeinander abgestimmte Komponenten-Portfolio zur Erzeugung, Übergabe, Verteilung und Speicherung von Heizwärme und Trinkwarmwasser wurde komplett von der Yados GmbH gefertigt. Mit dem ganzheitlichen Fertigungskonzept entfällt das Projektrisiko einer zeit- und kostenintensiven Schnittstellenanpassung, da sämtliche Anlagenteile von Haus aus kompatibel sind.

Eine planmäßige und reibungslose Realisierung in Zeit und Budget erfordert die enge und systematische Kommunikation aller Projektbeteiligten. Für Hoyerswerda lieferte Yados die zu verbauenden Komponenten entsprechend dem Baufortschritt in enger Abstimmung mit dem Planungsbüro und dem Installationsunternehmen. Die gesamte Anlage konnte so − trotz beengter Raumkapazitäten der Werkstätten − während des laufenden Betriebs und parallel zu Umbauarbeiten in Küche und Wäscherei aufgebaut und eingerichtet werden.

Auf Basis der vorliegenden Verbrauchsdaten, Förderungen und Abgaben laut Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz 2014 (KWKG) sowie der Berechnungsformeln der VDI 2067 zur Berechnung der Wirtschaftlichkeit von gebäudetechnischen Anlagen, ergibt sich für die neue Versorgungsanlage eine Amortisationszeit von rund drei bis viereinhalb Jahren, abhängig von witterungs- und nutzungsbedingten Schwankungen. Mit der neuen Anlage reduziert die gemeinnützige Lausitzer Werkstätten GmbH ihre Verbrauchskosten um jährlich rund 25 Prozent und trägt gleichzeitig aktiv zur Entlastung der Umwelt bei.