Forscher untersuchen das geothermische Potenzial von Grundwasserschichten in Großstädten

Urbane Wärmeinseln mithilfe von Erdwärmepumpen effizient zum Heizen im Winter und zum Kühlen im Sommer nutzen …

Klimawandel und Wärmeinseleffekt haben in großen Städten nicht nur die Oberflächentemperaturen ansteigen lassen. Auch das Grundwasser hat sich erwärmt. In einem am KIT koordinierten Projekt haben Wissenschaftler das geothermische Potenzial von oberflächennahen Grundwasserschichten in urbanen Ballungsräumen untersucht. Ergebnis: Unter den Städten schlummern enorme Heizquellen. So ließe sich in Köln der jährliche Heizbedarf aller Wohngebäude mit Wärme aus dem Grundwasser für mindestens zweieinhalb Jahre decken.

Enge Straßen, dicht an dicht stehende Gebäude, Fabriken und lebhafter Straßenverkehr bewirken, dass die Temperaturen in Großstädten deutlich über denen im Umland liegen. Dieser Wärmeinseleffekt hat zusammen mit dem Klimawandel in den vergangenen hundert Jahren auch die Temperaturen unter der Oberfläche von urbanen Ballungsräumen ansteigen lassen. In einem am KIT und an der ETH Zürich koordinierten Projekt wiesen Forscher aus Deutschland, der Schweiz und Kanada deutliche Grundwassererwärmungen nach.

„Diese erwärmten Grundwasserschichten bieten genug Energie, um einen ganz erheblichen Teil des Heizbedarfs ganzer Städte zu decken“, erklärt Juniorprofessor Philipp Blum, Leiter der Abteilung Ingenieurgeologie des Instituts für Angewandte Geowissenschaften des KIT. Blum und seine Kollegen untersuchten das geothermische Potenzial des Grundwassers in Großstädten. Die Ergebnisse ihrer Forschungen haben sie nun in der Zeitschrift „Environmental Research Letters“ veröffentlicht.

Messungen der Wissenschaftler in Köln sowie in Winnipeg/Kanada ergaben im Vergleich zum ländlichen Umland eine Erhöhung der Grundwassertemperaturen um bis zu fünf Grad. Diese Energie ließe sich beispielsweise mithilfe von Erdwärmepumpen effizient zum Heizen im Winter und zum Kühlen im Sommer nutzen. Würde in Köln das Wasser in einer rund 20 Meter dicken Schicht im Untergrund angezapft und um nur zwei Grad abgekühlt, ließe sich damit der jährliche Heizbedarf sämtlicher Wohngebäude in der Stadt für mindestens zweieinhalb bis maximal 20 Jahre decken, wie die Forscher errechneten. In Megastädten wie Shanghai und Tokio könnte das Grundwasser sogar Heizwärme für mehrere Jahrzehnte liefern. Die Forscher gehen davon aus, dass die Grundwassertemperaturen mit fortschreitender Urbanisierung weiter ansteigen werden. Die Nutzung dieses geothermischen Potenzials würde nicht nur dazu beitragen, den wachsenden Energiebedarf zu decken, sondern auch den Ausstoß von Treibhausgasen reduzieren und damit der Erwärmung der Städte entgegenwirken.

Ke Zhu, Philipp Blum, Grant Ferguson, Klaus-Dieter Balke, and
Peter Bayer: The geothermal potential of urban heat islands.
Environmental Research Letters, 5 (2010), 044002
http://dx.doi.org/10.1088/1748-9326/5/4/044002

In der Energieforschung ist das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) eine der europaweit führenden Einrichtungen: Das KIT-Zentrum Energie vereint grundlegende und angewandte Forschung zu allen relevanten Energieformen für Industrie, Haushalt, Dienstleistungen und Mobilität. In die ganzheitliche Betrachtung des Energiekreislaufs sind Umwandlungsprozesse und Energieeffizienz mit einbezogen. Das KIT-Zentrum Energie verbindet exzellente technik- und naturwissenschaftliche Kompetenzen mit wirtschafts-, geistes- und sozialwissenschaftlichem sowie rechtswissenschaftlichem Fachwissen. Die Arbeit des KIT-Zentrums Energie gliedert sich in sieben Topics: Energieumwandlung, erneuerbare Energien, Energiespeicherung und Energieverteilung, effiziente Energienutzung, Fusionstechnologie, Kernenergie und Sicherheit sowie Energiesystemanalyse. Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist eine Körperschaft des öffentlichen Rechts und staatliche Einrichtung des Landes Baden-Württemberg. Es nimmt sowohl die Mission einer Universität als auch die Mission eines nationalen Forschungszentrums in der Helmholtz-Gemeinschaft wahr. Das KIT verfolgt seine Aufgaben im Wissensdreieck Forschung – Lehre – Innovation. www.kit.edu

Tübinger Kepler Gymnasium erhält Dezentrales Pumpensystem von Wilo

Wilo Server im Kepler Gymnasium Tuebeingen
Wilo Server im Kepler Gymnasium Tuebeingen

Wirtschaftliche Modernisierung kommunaler Liegenschaften mit „Wilo-Geniax“ / Entlastung von öffentlichen Kassen und Klimaschutz / Zusätzlicher Nutzen durch vandalismussichere Installation / Hoher Bedienkomfort durch zentrale Regelbarkeit /

Als innovative, energiesparende und bedarfsgerechte Lösung in der Wärmeverteilung macht das Dezentrale Pumpensystem „Wilo-Geniax“ des Dortmunder Pumpenspezialisten WILO SE bereits Schule. Als eine der ersten Kommunen in Deutschland hat die Stadt Tübingen „Wilo-Geniax“ in der Heizungsanlage eines städtischen Gebäudes eingesetzt. Im Rahmen der energetischen Modernisierung eines Schulkomplexes entschied man sich für das ganzheitliche System. Die hohen Energiesparpotenziale, eine kurze Amortisationszeit und die automatische Regelung von „Wilo-Geniax“ beeindruckten die Verantwortlichen der Stadtverwaltung.

Innovatives System mit überzeugenden Vorteilen
In mehreren Modernisierungsabschnitten werden die in die Jahre gekommenen Altbauten des renommierten Kepler-Gymnasiums zeitgemäßen Energiestandards angepasst. Das zum Zeitpunkt des Projektbeginns vorgestellte Dezentrale Pumpensystem überzeugte den verantwortlichen Fachplaner Philipp Reiff und die Entscheider der Stadt aufgrund seiner zahlreichen Anwendungsvorteile. „Bei exakter Planung und Konfiguration ist z. B. ein manueller und zeitintensiver hydraulischer Abgleich der einzelnen Heizkörper vor Inbetriebnahme nicht erforderlich. Das wirkt sich unterm Strich positiv auf die Installationskosten aus“, hebt Reiff einen der vielen Vorteile des Systems hervor.

Für die Stadt Tübingen war vor allem das Einsparpotenzial – im Vergleich zu einem hydraulisch abgeglichenen konventionellen System mit Thermostatventilen – ein entscheidendes Kriterium zum Einsatz von „Wilo-Geniax“. Rund 17 % Heizenergieeinsparung werden für das Kepler-Gymnasium erwartet. Hierdurch will man sowohl die Umwelt als auch den städtischen Haushalt langfristig entlasten. Das Dezentrale Pumpensystem des Kepler Gymnasiums wird sich zudem nach nur rund acht Jahren amortisiert haben.

Ein weiterer Vorteil ist der geringe Regelungsaufwand, der sowohl die Belegung der (Klassen)räume im Schulbetrieb als auch die Leerstände an Wochenenden und in den Ferienzeiten optimal berücksichtigt. „Durch die individuelle Anpassung von Zeit- und Raumprofilen bietet das System höchsten Nutzerkomfort“, betont Reiff.

Gebäudeanforderungen und Anlagenkonzept
In einer ersten Ausbaustufe wurde das Dezentrale Pumpensystem im Sommer 2009 in einem 1958 entstandenen Anbau installiert – insgesamt 99 Pumpen und 23 Raumtemperatursensoren. In dem fünfstöckigen Gebäudeteil sind auf 1.500 m2 beheizter Fläche 23 Räume und Flure mit einem Wärmebedarf von insgesamt 120 kW zu versorgen. Die Heizwärmeenergie wird über einen bereits bestehenden Fernwärmeanschluss bezogen. Die Heizkreise für die „Geniax“-Installation sind über Bypässe etagenweise entkoppelt, die Hauptverteilleitungen jeweils mit einem Mischer ausgestattet, der über eine 0-10 V-Schnittstelle vom „Geniax-Server“ angesteuert werden kann. So lässt sich auch bei Fernwärme eine bedarfsgeführte Regelung der Vorlauftemperatur realisieren. Diese Funktion trägt erheblich zu den Energieeinsparungen durch das Dezentrale Pumpensystem bei.

In einem zweiten Bauabschnitt wurde schließlich auch der Altbau aus dem Jahr 1910 auf den neuesten Stand gebracht. Hier wurden weitere 90 „Geniax-Pumpen“ und 31 Raumtemperatursensoren installiert.

Eingriffsichere Installationsvarianten
Bei der Installation wurden die Pumpenadapter in den Rückläufen der deckenhängenden Heizstränge anstatt an den Heizkörpern installiert. Somit befinden sich an den Heizkörpern selbst keine frei beweglichen oder werkzeuglos demontierbaren Teile. Die Pumpen sind damit dem unerwünschten Zugriff von Schülern, Lehrern und sonstigem Personal entzogen. Die Pumpenelektroniken sind in Unterputzdosen fixiert, die in die abgehängte Decke eingesetzt wurden. Buskabel und Pumpen sind so außerhalb normaler Reichweite und bleiben dennoch für Wartungsfälle leicht zugänglich. Die installierten Raumtemperatursensoren übermitteln die Ist-Temperaturen an den Server. Auf die in anderen Anwendungsfällen sowohl der Raumtemperaturerfassung als auch der Einzelraumregelung dienenden Raumbediengeräte wurde in diesem Fall verzichtet. So lassen sich auch hier ungewünschte Eingriffe der Raumnutzer bzw. Fehlbedienungen verhindern. Durch die Beschränkung auf Raumtemperatursensoren mit reiner Sensorfunktion konnten darüber hinaus die Investitionskosten reduziert werden.

Regelung und Überwachung
Die Temperaturregelung der einzelnen Räume erfolgt bequem über eine PC-Bediensoftware von einem zentralen Rechner aus. Der Hausmeister kann so im laufenden Heizbetrieb eine Anpassung des Systems vornehmen. Mit Hilfe von Raumbelegungsplänen lassen sich Temperatur- und Zeitprofile der Klassen- und Aufenthaltsräume sowie der Büros individuell programmieren. Zudem wird das Dezentrale Pumpensystem über ein BACnet-Modul in die Gebäudeautomation der Schule integriert. So kann eine optimale und bedarfsgerechte Wärmeverteilung im Gebäude erzielt werden, der Heizenergieverbrauch wird deutlich reduziert.

Eine Fernaufschaltung auf das System ermöglicht im Bedarfsfall sowohl dem SHK-Fachbetrieb als auch dem Wilo-Werkskundendienst, eine Optimierung der Anlage sowie eine Anlagenanalyse durchzuführen, ohne dass ein Techniker selbst vor Ort sein muss. Das spart Arbeitszeit und reduziert die Service-Kosten für Wartung oder Reparatur.

Die Stadt Tübingen als Träger der Schule wird durch das Dezentrale Pumpensystem im Kepler-Gymnasium in den kommenden Jahren den Heizenergieverbrauch deutlich senken und erhebliche Heiz- und Betriebskosten einsparen. Davon profitiert nicht nur die städtische Haushaltskasse, sondern auch die Umwelt. Denn neben dem Energieverbrauch wird auch der durch die Beheizung des Schulgebäudes verursachte jährliche CO2-Ausstoss dank des Einsatzes von „Wilo-Geniax“ um rund
17 % reduziert.

Weitere Informationen:
WILO SE, Nortkirchenstraße 100, D-44263 Dortmund
Tel.: +49 (0) 2 31 / 41 02-0, Fax: +49 (0) 2 31 / 41 02-7575
E-Mail: wilo@wilo.com, Internet: www.wilo.de, www.geniax.de

VDI Wissensforum startet Blog zum Thema Windenergie

  • Experten-Informationen zur Windenergie
  • Möglichkeiten zum Austausch und zur aktiven Beteiligung
Die Blogleser können Kommentare zu einzelnen Beiträgen abgeben oder sich als Gastautor mit einem eigenen Thema am Windenergie-Blog beteiligen.
Die Blogleser können Kommentare zu einzelnen Beiträgen abgeben oder sich als Gastautor mit einem eigenen Thema am Windenergie-Blog beteiligen.

Das VDI Wissensforum hat einen Blog zur Windenergie gestartet. Unter www.windenergie-wissen.de können sich Interessierte ab sofort rund um das Thema erneuerbare Energien durch Windkraft informieren. Zudem ist eine aktive Beteiligung als Gastautor möglich.

Aktuelle Informationen zum Thema Windenergie finden sich ab sofort auf dem neuen Blog des VDI Wissensforums.

Nach dem erfolgreichen Start des Twitter-Kanals „Wind_Wissen“ bietet das VDI Wissensforum mit dem Blog nun eine Plattform, die ausführliche Hintergrundinformationen enthält und einen aktuellen Austausch zwischen Experten und Interessierten zum Thema Windenergie ermöglicht.

Die Leser des Blogs finden die Beiträge anschaulich in Kategorien unterteilt. Gastbeiträge von Herstellern und Betreibern von Windenergieanlagen finden sich hier ebenso wie Stellungnahmen aus Theorie und Praxis, von Medienvertretern sowie von Mitarbeitern des VDI Wissensforums, die sich mit Weiterbildungsveranstaltungen zur Windenergie beschäftigen. Nachberichte zu diesen Veranstaltungen mit Bildern und Videos ergänzen das Angebot.

Um in den Dialog mit Teilnehmern, Referenten oder Ausstellern zu treten, können die Blogleser Kommentare zu einzelnen Beiträgen abgeben oder sich als Gastautor mit einem eigenen Thema am Blog beteiligen.

www.windenergie-wissen.de

Über das VDI Wissensforum
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