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Nachhaltige Temperierung mit Geothermie

CO2-neutrales ICE-Werk setzt auf hocheffiziente Heizung und Kühlung

Das neue ICE-Werk der Deutschen Bahn in Köln ist ein Leuchtturmprojekt für den Einsatz innovativer und zukunftsfähiger Umwelttechnologien.

Ein ICE fährt an einem Bahnsteig vorbei.
Quelle: Ingo Joseph / https://www.pexels.com/
Das Ende Februar 2018 eingeweihte Instandhaltungswerk in Köln-Nippes soll für mehr Qualität und Zuverlässigkeit im Fernverkehr sorgen.

Für die Deutsche Bahn ist das neue ICE-Instandhaltungswerk im Kölner Stadtteil Nippes ein Prestigeprojekt in Sachen Klimaschutz. Das Unternehmen will Umweltvorreiter werden und dafür bis 2030 die spezifischen CO2-Emissionen im Vergleich zu 2006 um 50 Prozent senken. Im Zuge dessen wurden rund 220 Millionen Euro investiert, um nicht nur Europas modernstes Fernverkehrswerk, sondern gleichzeitig auch ein Leuchtturmprojekt für den Einsatz innovativer und zukunftsfähiger Umwelttechnologien zu errichten. Es ist im laufenden Betrieb CO2-neutral und spart damit jährlich 1.000 t Kohlendioxid ein.

Luftbild des ICE-Werks in Köln-Nippes.
Quelle: Bernhard Fischer Luftbildfotografie/Deutsche Bahn AG
Das neue, CO2-neutrale Gebäude der Deutschen Bahn in Köln-Nippes wurde Ende Februar 2018 feierlich eingeweiht.

Das Ende Februar 2018 feierlich eingeweihte Instandhaltungswerk soll für mehr Qualität und Zuverlässigkeit im Fernverkehr sorgen. Auslöser war das Betriebschaos im Katastrophen-Winter 2009/10, wo von damals 250 ICE-Zügen auf einmal nur noch 150 einsatzbereit waren. In der 22.250 m² großen Werkstatt-Halle können pro Nacht bis zu 16 ICE gewartet werden, was die Kapazitäten am wich­tigen Verkehrsknoten Köln vervierfacht. Zum Komplex gehören darüber hinaus noch Verwaltungs-, Sozial- und Lagergebäude.

Bild aus dem Inneren eines ICE-Werks.
Quelle: Bernhard Fischer Luftbildfotografie/Deutsche Bahn AG
Die Temperierung des 445 m langen und 50 m breiten ICE-Werks erfolgt über Geothermie in Verbindung mit einer umfassenden Betonkernaktivierung.

Energiekonzept setzt vollständig auf Erneuerbare

Um das ICE-Werk CO2-neutral zu betreiben, setzte die Deutsche Bahn vollständig auf Erneuerbare Energien. Bei der Erkundung des Erdreichs wurde eine 12,5 °C warme Wasserader entdeckt, die optimale Voraussetzungen für die Nutzung von Geothermie bietet. Zehn eigens für diesen Zweck erschlossene Brunnen dienen hier als Wärmequellen und -senken für eine 4,9 MW Großwärmepumpen-Verbundanlage von Zent-Frenger Energy Solutions. Für die Temperierung sämtlicher Gebäude des Werkkomplexes sind hier allein drei "Geozent Profi"-Energiezentralen in Verbindung mit einer weitreichenden Betonkernaktivierung zuständig.

Die Trinkwassererwärmung übernimmt ein 180 m² großes Solarthermiefeld auf dem Hallendach mit bis zu 100 kW Gesamtleistung. Bei Bedarf unterstützen die Energiezentralen über eine Heißgasauskopplung, mit der im Parallelbetrieb ebenfalls hohe Vorlauftemperaturen zur Erwärmung des Trinkwassers bereitgestellt werden können. Eine vierte Energiezentrale verantwortet die Warmwasserbereitung für die ICE-Enteisungs- und Waschanlage. Den Strom für die Wärmepumpen liefert eine rund 2.100 m² große Photovoltaikanlage mit einer installierten Leistung von 300 kW. Reicht der selbst erzeugte Solarstrom nicht aus, kommt ohne Ausnahme Ökostrom zum Einsatz.

Die Herausforderung bei der Konzeptionierung der Geothermienutzung lag darin, sowohl das Quellenmanagement als auch die Leistungsregulierung optimal aufeinander abzustimmen und damit die Wärmequellen und -senken gemäß ihres nutzbaren Potentials auszuwählen und zu betreiben. Gleichzeitig galt es, die großen Heiz- und Kühlleistungen ohne technische Einschränkungen und mit möglichst geringem Wartungsaufwand auf verhältnismäßig kleinem Raum zu realisieren.

Aufgrund der langjährigen Erfahrung mit derart komplexen Anlagenanforderungen übernahm Zent-Frenger die Planung und Auslegung einer entsprechenden Systemlösung. Diese beinhaltet eine Verschaltung der vier speziell auf das Projekt zugeschnittenen, kompakten Energiezentralen mit allen fünf Förder- und Schluckbrunnen. Gleichzeitig lieferte das Unternehmen auch die dafür notwendige Regelungstechnik.

Die Übersicht zeigt, welche umweltfreundlichen Techniken im ICE-Werk Köln-Nippes eingesetzt werden.
Quelle: Deutsche Bahn AG
Übersicht der Umwelttechnik für das Leuchtturmprojekt CO2-neutrales ICE-Werk.

Drei Großspeicher als hydraulische Weichen

Dreh- und Angelpunkt des Anlagenkonzepts sind ein 5.140 l großer Verteilspeicher auf der Quellenseite sowie zwei Pufferspeicher für Kalt- und Warmwasser mit einem Volumen von 4.400 bzw. 9.077 l auf der Bereitstellungsseite. Als hydraulische Weichen sorgen diese für ausgeglichene Verhältnisse in der Gesamtanlage, sodass eine Über- oder Unterversorgung einzelner Großwärmepumpen in jeder Betriebsphase vermieden wird. Das hohe Puffervolumen des Quellenverteilers sowie redundant ausgelegte Kältemittel- und Hydraulikkreisläufe in den Wärmepumpen sichern hier den Systembetrieb zusätzlich ab.

Zum Schutz der Energiezentralen vor unzureichender Wasserqualität wurden die Brunnen, die insgesamt über eine Förderleistung von bis zu 600 m³/h verfügen, zudem mit fünf Trenn-Wärmeübertrager-Modulen ausgestattet. Diese Stationen vereinen Wärmeübertrager, Zubringer-Pumpe sowie einen Schaltschrank mit Frequenzumformer, Sensorik und Bus-Technik auf einem einfach zu wartenden Modulrahmen. Gleichzeitig dienen sie als Schnittstelle zum Wärmequellenmanagement, indem sie eine regelungstechnische Anbindung der Brunnenanlage mit Pumpen, Pegelsonde und Temperaturfühlern ermöglichen.

Zwei
Quelle: Zent-Frenger
Alle vier "Geozent Profi"-Energiezentralen wurden für das Projekt maßgefertigt und sämtliche Komponenten speziell auf den Anwendungsfall hin ausgelegt.

Ein Gabelstapler bringt eine Großwärmepumpe in einen Technikraum ein.
Quelle: Zent-Frenger
Die Einbringung der Großwärmepumpen erfolgte modulweise mit dem Gabelstapler.

Das Grundwasser zirkuliert mithilfe der fünf Brunnenpumpen, von denen drei über Frequenzumformer drehzahlgeregelt sind, durch die Trenn-Wärmeübertrager. Von dort gelangt die Quellenenergie über einen separaten Kreislauf in den großen Verteilspeicher, auf den wiederum die Energiezentralen zugreifen. Im Zuge eines Kaskadenmanagements werden die einzelnen Brunnen hier schrittweise zugeschaltet, sobald die Temperatur im Quellenspeicher vom Sollwert abweicht.

Weiterführende Informationen: https://www.swegon.de

Donnerstag, 27.12.2018

Von Peter Höfle
Produktmanager, Zent-Frenger GmbH, Heppenheim