Zur Nachahmung empfohlen

Zahlreiche öffentliche Verwaltungen deutschlandweit tun es bereits.

Klimaschutz vor Ort umsetzen, um Energie und Kosten einzusparen, die Lebensqualität zu steigern und die Region nachhaltig zukunftsfest zu machen – mit Mitteln aus der Nationalen Klimaschutzinitiative. Das heißt, Kommunen und ihre Gesellschaften müssen für Maßnahmen zur Luftreinhaltung nicht tief in die eigene Tasche greifen. Beispiel: Leuchtturmprojekt Bad Nenndorf.

Der Allerweltsfall: Es entsteht ein Büro- oder Dienstleistungskomplex mit einer bedarfsgerechten Heizungsanlage nach dem aktuellen Stand der Technik. Im Lauf der Jahre kommen Gebäude hinzu und die Technik macht in der Effizienz Fortschritte – man flickt aber zunächst einmal an. Eine Generalsanierung kommt vorerst nicht infrage.

Planer und Anlagenbauer erhöhen im Wesentlichen die Leistung der Kessel und der Pumpen. Mit dem ersten Eingriff kommt das System auch noch zurecht. Spätestens nach dem zweiten Relaunch jedoch spielt die modernisierte Wärmeerzeugung ihre höhere Effizienz nicht aus, weil sich das Heizungswasser durch nicht angepasste Rohre und Armaturen zwängen muss beziehungsweise die Verknotung mit intelligenter Peripherie außen vor bleibt. Wirkungsgradgewinne bis 20 und 30 Prozent bleiben auf der Strecke. Ganz besonders bei größeren, komplexen Einrichtungen lohnt es sich nicht nur umweltbezogen, sondern auch wirtschaftlich neben der Wärmeerzeugung ebenfalls die Wärmeverteilung neu zu strukturieren. So geschehen im Schwimm- und Sporthallenzentrum Bad Nenndorf in Niedersachsen.

Aufmerksame Klimaschutzagentur

Die Initiative zur Erneuerung der Versorgungstechnik der Schul- und Freizeitanlage ging von der Klimaschutzagentur Weserbergland aus. Kommunen und Unternehmen der Region hatten sie vor Jahren mit der Aufgabe gegründet, in den Liegenschaften ihrer Mitglieder und anderer Interessenten Potenziale zur Verbrauchsreduzierung aufzuspüren, um vor allem die Treibhausgasemissionen in der Region auf Dauer deutlich zu verringern. Zu den Aufgaben der Agentur gehört, die Förderlandschaft im Blick zu behalten und zur Projektfinanzierung staatliche Zuschüsse zu sichern.

Das Bundesumweltministerium etwa stützt seit 2008 im Rahmen der Nationalen Klimaschutzinitiative (NKI) zahlreiche Vorhaben zugunsten sauberer Luft. Der Unterpunkt: „Innovative und energieeffiziente Wärmeverteilung und Trinkwasserhygiene“ zielt auf öffentliche Gebäude wie Rathäuser, Verwaltungsgebäude, Schulen und Sportstätten ab. Die in die Jahre gekommene Heiztechnik der drei nebeneinanderstehenden Objekte des Schwimm- und Sporthallenkomplexes Bad Nenndorf passte genau in die Förderrichtlinien hinein.

Das ehemalige Bundesumweltministerium beteiligte sich denn auch mit 80 Prozent an der Finanzierung der Sanierung. Die ursprüngliche Kostenberechnung der Klimaschutzagentur Weserbergland belief sich auf brutto 536.000 Euro. Die tatsächlichen Ausgaben einschließlich aller Planungskosten, Nahwärmetrasse etc. betrugen 900.000 Euro.

Dass BMWK verband seine Zusage allerdings mit der Auflage, die Ausführung so zu strukturieren, dass sie für andere Gemeinden und Kommunen Modellcharakter hat. Die Wärmewende zu organisieren und zu fördern, ist heute Sache des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK). Das Habeck-Ministerium hat die NKI mit der Kommunalrichtlinie, deren Überarbeitung seit dem 1. Januar 2022 gilt, für kommunale Akteure noch attraktiver gemacht.

Der erhöhte Anreiz besteht darin, dass bis zum 31. Dezember 2023 die Förderquote für Maßnahmen zur nachhaltigen Senkung von Kohlendioxidemissionen 90 statt ehedem 80 Prozent, im Einzelfall bis 100 Prozent beträgt. Das BMWK will mit dieser Anhebung des Satzes etwaige Planungen und Aufrüstungen beschleunigen, um die Klimaschutzziele für 2030 und für 2045 nicht zu verfehlen. Die bislang vom Projektträger Jülich wahrgenommene Projektträgerschaft für die Nationale Klimaschutzinitiative ging am 1. Januar 2022 auf die bundeseigene Zukunft – Umwelt – Gesellschaft (ZUG) gGmbH, Berlin, über.

Verluste durch zu geringe Spreizung

Im Weserbergland mit den Städten Bad Pyrmont, Holzminden und Hameln und ihren Kreisen sowie dem assoziierten Landkreis Schaumburg gründete sich nicht nur die Klimaschutzagentur. Mehrere Angehörige des eingetragenen Vereins schlossen sich darüber hinaus zu einem Energieeffizienznetzwerk Weserbergland zusammen.

Die Beteiligten erfassen ihre Energieverbräuche, tauschen sich aus und reagieren mit klimaschonenden Maßnahmen. Die Sport- und Freizeitliegenschaft mit Schwimmbad und Turnhallen im Staatsbad Bad Nenndorf im Landkreis Schaumburg fiel beim Monitoring der Energieverbräuche der drei Gebäude durch die geringe Spreizung der Nahwärme von lediglich bis 5 K auf, 5 K zwischen Vor- und Rücklauf der BHKW-Station bei der Biogasanlage und den Verbrauchern. 80 °C flossen zum etwa ein Kilometer entfernten Schwimmbad und 75 °C kamen zurück. Mit der Folge, dass unter anderem ein enormes Wasservolumen aufgeheizt und umgewälzt werden musste, um den Wärmebedarf des Hallenbads zu decken.

Die beiden Sporthallen hingen nicht am Biogasnetz. Sie temperierten sich einzeln aus jeweils zwei 450 kW Gaskesseln. Heute, um das gleich vorweg zu nehmen, bedienen sie sich ebenfalls aus der Nahwärmeleitung. Aus der KWK-Spreizung von 5 K folgerten die Heizungstechniker, dass genügend Energie in der Lieferung stecken müsste, um damit auch diese beiden Gebäude ökologisch zu beheizen. Um das Ergebnis vorwegzunehmen: Natürlich ging die Rechnung auf. Die Anlage entzieht heute dem Vorlauf ein Delta T von 40 K. Entsprechend reduzierte sich unter anderem die Heizwassermenge.

Ein Drei-Säulen-Projekt

Die Klimaschutzagentur organisierte die Finanzierung aus dem NKI-Programm. Das für die Liegenschaft zuständige Hochbauamt in Stadthagen, ferner das Planungsbüro Kirchner Ingenieure in Minden sowie der Hydraulikspezialist HG Baunach GmbH & Co. KG in Hückelhoven nahe Aachen setzten sich nach der Förderzusage aus Berlin an die Arbeit – nicht ohne zwischendurch am administrativen Teil der Aufgabe zu verzweifeln.

Denn, so Projektleiter und Energiemanager Nils Althoff vom Hochbaumt: „Es war schon ein relativ hoher Aufwand, das muss man mal klar sagen, sowohl das zweistufige Bewerbungsverfahren mit den Projektskizzen für Berlin, als auch die Vorlagenarbeit hier für den kommunalen Bereich. Sie müssen ja auch die örtlichen politischen Gremien beteiligen. Die segnen schließlich ab. Wir mussten Zwischenberichte erstellen und anderes. Man versucht zwar, das Ganze so schlank wie möglich zu halten, aber es gehört immer noch viel Arbeit dazu. Zugestanden, wenn ich so eine hohe Förderung beantrage, ist es nicht mit nur einem Blatt Papier getan …"

Im Wesentlichen steht die Energieoptimierung auf drei Säulen. Die erste ist die Erweiterung der Nahwärme auf die beiden Sporthallen, die zweite die Umrüstung der Wärmeverteilung auf das verlustarme Wärme-Verteilungsschema „Rendemix“, einer Mehrwege-Mischtechnik anstelle der üblichen Dreiwegemischer. Als dritte Maßnahme zur CO₂-Minderung – und in Erfüllung der Auflage aus der Nationalen Klimaschutzinitiative, eine hygienische Trinkwasserversorgung zu realisieren – ließ das Hochbauamt in der Schwimmhalle und in beiden Sportstätten Frischwasserstationen in Kombination mit Ultrafiltrationsanlagen des Typs „Solvis Clean“ zur Brauchwassererwärmung installieren.

Für herkömmliche Trinkwassersysteme ohne apparative Legionellose-Prophylaxe verlangt das Regelwerk mindestens 60 °C in verwendeten Speichern zur Abtötung der Legionellen. Das Hochbauamt strebte jedoch eine Absenkung der TWW-Temperatur auf umweltschonende 45 °C an. Dies setzte, in Abstimmung mit dem Gesundheitsamt, den Einsatz etwa der Ultrafiltrationstechnik voraus.

Deutschlandweit einzigartig

Das energetische Upgrade der Bad Nenndorfer Einrichtungen läuft unter dem NKI-Leuchtturm-Titel „Innovative und energieeffiziente Wärmeverteilung und Trinkwasserhygiene“. Wie gesagt, die Initiative entstand aus der Zusammenarbeit von Unternehmen und Kommunen im erwähnten Energieeffizienz-Netzwerk Schaumburg. Im Rahmen des Erfahrungsaustauschs kamen die relativ neuen Mehrwegemischer „Rendemix“ zur Sprache, die mit ihrem mittleren Anschluss für warmes Rücklauf- oder Pufferwasser weniger Delta-T vernichten. Im Monitoringbericht 2022 der Klimaschutzagentur Weserbergland steht unter anderem zu Legionellenfilter und Mehrwegemischer: „Ein innovativer Ansatz, der nicht nur für Einsparungen von Energie und Kosten von rund 30 Prozent sorgt, sondern der deutschlandweit auch einzigartig ist.“

Das „einzigartig“ dürfte sich weniger auf den Einsatz dieser Komponenten beziehen, sondern mehr auf die Analyse der TGA in öffentlichen Gebäuden mit der Konsequenz, tatsächlich Geld in die Hand zu nehmen und mit intelligenten Methoden die Versorgungsstruktur energie- und klimaschonend zu sanieren. Das Modellprojekt hat eine Vorbildfunktion für andere Kommunen und Liegenschaften, da das, was die Fachleute vorfanden, Stand der Technik in vielen Gebäuden ist: Wärmeabnehmer mit unterschiedlichem Temperaturbedarf sind mit ihren Heizkreisen parallel an einen Verteiler angebunden, der wertvolle Energie vergeudet, indem er die Rückläufe zu einer Mischtemperatur abkühlt und zum Wärmeerzeuger zurückschickt („Energiekiller“, Lüking/Fa. Baunach), statt über eine kaskadenförmige Reihenschaltung hohe Rücklauftemperaturen einer erneuten Nutzung zuzuführen. Erst wenn die Temperatur ein Niveau erreicht hat, mit dem keine Heizfläche etwas anzufangen weiß, sollte der Rücklauf zu Kessel, Wärmepumpe oder BHKW zirkulieren.

Mehrwege- statt Dreiwegemischer

Das ist das Prinzip des „Rendemix“-Systems. „Rende“ steht für Rendite, für sparen. Das setzt einen Heizkreismischer voraus, der verschiedene Zuläufe für Beimischungen zulässt. Den hat die Firma Baunach vor einigen Jahren auf den Markt gebracht.

Das klassische Beispiel für diese Strangarchitektur ist die Reihenschaltung eines Fußbodenkreises hinter einen Radiatorkreis. Die Fußbodenheizung begnügt sich in der Regel mit dem relativ hochtemperierten Rücklauf der Heizkörper als Vorlauf. Damit reduziert sie natürlich die transportierte Wassermenge und als Folge müssen unter anderem die Wärmeerzeuger weniger Volumen nachheizen. Des Weiteren: geringere Pumpenleistung, die Rohrnetzverluste verschlanken sich und die unterschiedlichen Temperaturen aus den Mischern gestatten, in den zugeordneten Speichern eine stabile Temperaturschichtung aufzubauen. Die wiederum führt zum Emissionsabbau, da sich das abgepufferte Volumen an nutzbarer höherer Temperatur quasi verdoppelt.

Voraussetzung dafür ist ein Mehrwegemischsystem, das eben nicht wie ein Dreiwegemischer Vorlauf und Rücklauf in der Armatur zusammenführt und damit die eventuell hohe Temperatur des Rücklaufs, die Exergie, vernichtet, sondern den warmen Rücklauf entweder mit heißem Vorlauf oder kalten Rücklauf vermischt. Im Ergebnis gelangt dadurch weniger Rücklaufwasser mit niedriger Temperatur zum Wärmeerzeuger zurück.

Dazu bedarf es allerdings eines Dreikammer- statt eines Zweikammerverteilers: mit dem üblichen Vorlauf- und Rücklaufbalken vom und zum Wärmeerzeuger plus einen dritten Balken, der warmen Rücklauf abpuffert und Wärmeverbrauchern zur Verfügung stellt. Das Hochbauamt des Landkreises Schaumburg hat sich für das Schwimmbad- und Sporthallenzentrum auf Empfehlung der Klimaschutzagentur Weserbergland für eine entsprechende Umrüstung entschieden. Das Patent der Firma Baunach zählt zu den gering-investiven Maßnahmen und hat schon in zahlreichen Objekten hohe Einspareffekte bewirkt. Im Einzelfall reichen die bis an 30 und 40 Prozent heran. Vermutlich auch in Bad Nenndorf. 20 Prozent registrierte das Hochbauamt schon wenige Monate nach der Installation, als die Feinjustierung noch nicht abgeschlossen war.

Temperaturabsenkung dank Legionellenfilter

Zur zweiten Maßnahme: Warum Legionellenfilter trotz Frischwasserstationen? In alternativen Trinkwasserspeichern verlangt das Regelwerk mindestens 60 °C zur thermischen Desinfektion. Bei Frischwasserstationen kommt dagegen der Zulauf nicht mit der eventuell kontaminierten Energiequelle in Kontakt. Ausnahme: Reihen-Sanitäranlagen in privaten und öffentlichen Einrichtungen wie etwa Schwimmbäder. Dort hängen die Durchlauferhitzer an einer Ringleitung, durch die permanent temperiertes Wasser zirkuliert. „Das ist erforderlich, damit die Badegäste nicht zuerst ein Schwall kalten Wassers schockt, bevor warmes kommt“, sagt Projektleiter Nils Althoff vom Hochbauamt zu diesem Punkt. In der Zirkulation verbirgt sich jedoch ein Verkeimungsrisiko.

Das gegen Null zu fahren, ist die Aufgabe des installierten „Solvis Clean“. Er besteht im Wesentlichen aus einem Ultrafiltrationsmodul, das sich wiederum aus vielen schlauchförmigen und gebündelten Membranen zusammen-setzt. Die Membranen lassen nur Partikel kleiner 0,02 Mikrometer durch. Legionellen sind mindestens zehnmal größer. Ein Kontrollsystem überwacht den Betrieb und die Verkeimung, spült die abgefangenen Substanzen und Mikrobiologie ins Abwassernetz und spielt die Daten in eine Gebäudeleittechnik ein. Die Umrüstung ließ zu, die Warmwassertemperaturen im Bad wie angestrebt von 60 auf sparsame 45 °C zu mäßigen.

Gestern und heute

Die Beteiligten an dem Modellprojekt fanden in Bad Nenndorf Folgendes vor: Von der Biogasanlage verlief eine Fernleitung ins Schwimmbad, mündete dort in einen großen Plattenwärmetauscher ein und das Wasser floss von da aus in eine voluminöse Weiche. Die Vorlauftemperatur betrug bis etwa 85 °C. Über viele weitere Weichen und ebenfalls massige Unterverteiler pumpte die Technik den Vorlauf schließlich zu den Verbrauchern. Die Nahwärme kehrte mit einer Temperatur von etwa 80 °C wieder zum BHKW zurück. Die einzelnen Heizkreise hingen also parallel an den Gebäudeverteilern.

„Sie können sich vorstellen“, sagt Till-Marlo Lüking von der Firma HG Baunach, „welchen Durchsatz die Pumpe durch das Netz schickte, wenn der Rücklauf aufgrund dieser Hydraulik immer noch 80 °C betrug.“ Im Schwimmbad stand darüber hinaus ein Gaskessel von rund 800 kW. Den durchströmte die Nahwärme; er hatte damit eigentlich nur eine regelungstechnische Funktion. Lag am Vorlaufühler der Sollwert an, blieb der Kessel aus. Fiel die Temperatur, sprang er an und heizte nach. Darüber hinaus erledigte er die Heizarbeit im Fall einer Wartung am BHKW. An seinem Aufstellort wirkte der betagte Nachheizer zudem als riesiger Heizkörper.

Die beiden Sporthallen temperierte ehedem jeweils ein eigener Gaskessel. Bei dieser Form der ersatzweisen Wärmeerzeugung und dieser Leistung blieb es bei der Sanierung, also aufgeteilt auf zwei jetzt moderne Gasbrennwertkessel à 450 kW, die im Hallenbad und in einer Sporthalle stehen. Doch nur als Redundanz; die 900 kW bedeuten mithin eine Reduzierung der Gesamtleistung. Das Erdgas dient nicht zur Ergänzung der Nahwärme, sondern vorrangig zur Ersatzversorgung im Fall einer Wartung oder Reparatur an der KWK. Denn die Nahwärmeleitung ging vor der Sanierung nicht zu den Sporthallen.

Die Kalkulation ergab jedoch, dass bei Umbau der Wärmelieferung auf das „Rendemix“-Mischprinzip die Biogasanlage respektive die BHKW-Station ausreichen müsste, die beiden Objekte mit an die grüne Wärme anzuschließen. Der Auslastung der grünen Reaktoren kommt das ebenfalls zugute. Die Anlagenbauer verlängerten die Trasse entsprechend. Versorgungssicherheit für das Schwimmbad besteht: Eine Verbindung verkoppelt es mit den Erdgaskesseln, sodass im Fall der Fälle alle drei Gebäude ausreichend Wärme erhalten.

Keine Bereitstellungsgebühr

Der frühere 800-kW-Zusatzkessel in der Schwimmhalle ging zudem tariflich ins Geld „Zwei Kessel à 450 kW statt einer einzigen Einheit mit 800 oder 900 kW haben den großen Vorteil, dass wir nach einer anderen Tarifordnung abrechnen, nach Standardlastgang. Wir bleiben mit 450 kW unter der 500-kW-Grenze. Im Klartext heißt das, wir müssen keinen Bereitstellungspreis bezahlen. Der wird oberhalb 500 kW fällig und bezog sich damals konstant auf die 800 kW, gleichgütig, ob wir nur 50 oder 50.000 kWh verbrauchten. Das hat die Kasse erheblich belastet“, erläutert Energiemanager Althoff das Tarifschema. Technisch ist noch erwähnenswert, im Zug der Umbauarbeiten im Hallenschwimmbad hat der Landkreis Schaumburg über ein separates Förderprogramm vier energieintensive Beckenwasserpumpen gegen moderne, drehzahlgeregelte Pumpen austauschen lassen.

Zum Stromverbrauch

Neben den Einsparungen im Wärmebereich ist auch der Stromverbrauch durch die Optimierungsmaßnahmen im Modellprojekt erheblich zurückgegangen, um insgesamt 192.388 kWh beziehungsweise im Vergleich 2016 mit 2021 um 33 Prozent. Aufgrund des Ökostrom-Bezugs ist, zumindest bilanziell gesehen, damit allerdings kein Kohlendioxid-Abbau verbunden. Ohne Ökostrom hätten sich dagegen die Gesamtemissionen in Bad Nenndorf um jährlich 160 t verringert. Verwendeter Emissionsfaktor Strom 420 g/kWh gemäß Umweltbundesamt für den Strommix 2021.