Impulsprogramm Klimaschutz Staatliche Vermögensund Hochbauverwaltung Baden-Württemberg

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1 Impulsprogramm Klimaschutz Staatliche Vermögensund Hochbauverwaltung Baden-Württemberg

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3 Inhalt Vorwort 5 Impulsprogramm Klimaschutz wirtschaftliche und ökologische Effekte 7 Innovatives Konzept mit Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung 8 Stuttgart, Landeskriminalamt Baden-Württemberg Wärmerückgewinnung aus der Abluft im Kreislaufverbundsystem 10 Universität Ulm, Betriebsstufe A, Festpunkte N 26 und O 26 Erdwärme aus Bohrmetern 12 Universität Konstanz, Sporthalle und weitere Gebäude Geothermie für Heiz- und Kühlzwecke 14 Universität Stuttgart, Neubau Raumfahrtzentrum Baden-Württemberg Tiefbrunnen zur Kühlung von Gebäuden 16 Universität Freiburg, Universitätsbibliothek, Kollegiengebäude I/IV Effizientere BHKW-Module 18 Justizvollzugsanstalt Ravensburg Pellets und Wärmerückgewinnung sorgen für behagliche Temperaturen 20 Biosphärenzentrum Münsingen Holzhackschnitzelkessel reduziert Heizöleinsatz 22 Hochschule für Forstwirtschaft Rottenburg Solarkollektoren erwärmen Schwimmbad 24 Lindenparkschule Heilbronn Energetisch optimierte Hochhausfassade 26 Universität Stuttgart, Kollegiengebäude II Innovative Innendämmung bringt Gebäude 27 der 50er-Jahre auf Neubaustandard Hochschule Furtwangen University Wärmedämmung senkt Energiekosten und steigert die Behaglichkeit 28 Finanzamt Rottweil Abgaswärmetauscher mit Edelstahlkamin 29 Universität Konstanz, Heizwerk Fassaden energetisch optimieren auch bei denkmalgeschützten Gebäuden Regierungspräsidium Karlsruhe 30 Stuttgart, Haus des Landtags 31 Neue Lüftungsgeräte und optimierte Regelungstechnik 32 Universität Heidelberg, verschiedene Gebäude Maßnahmenübersicht Impulsprogramm Klimaschutz 33 3

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5 Vorwort Die begrenzten Ressourcen der Energierohstoffe und ein hoher Anteil von Lagerstätten in politisch instabilen Regionen haben Energie in den letzten Jahren deutlich verteuert. Gleichzeitig trägt der weltweit steigende Energieverbrauch und die damit verbundenen Treibhausgasemissionen wesentlich zum globalen Klimawandel bei. Der verantwortungsbewusste Umgang mit Energie hat deshalb eine hohe Bedeutung für den Klimaschutz und ist auch aus finanzpolitischen Gründen geboten. Ein sparsamer Ressourcenverbrauch ist Ausdruck einer nachhaltigen und generationenübergreifenden Politik der Landesregierung. Das Land Baden-Württemberg ist mit rund landeseigenen Gebäuden und 11,5 Mio. m² Nettogrundfläche einer der größten Immobilieneigentümer und Bauherren Deutschlands. Die vom Land genutzten Gebäude benötigen Wärme und Strom in Höhe von deutlich über 200 Mio. Euro pro Jahr. Bereits seit etlichen Jahren gehören deshalb die Optimierung des Energieverbrauchs und die Senkung der CO 2-Emissionen zur Strategie der Staatlichen Vermögens- und Hochbauverwaltung. Die von Landesgebäuden verursachten CO 2-Emissionen konnten bis heute im Vergleich zum Jahr 1990 um rund 25 Prozent gesenkt werden. Und wir wollen noch besser sein. Bis zum Jahr 2020 sollen die CO 2-Emissionen um weitere zehn Prozent gesenkt werden. Im Rahmen des Impulsprogramms hat die Landesregierung deshalb beschlossen, für Klimaschutzmaßnahmen an landeseigenen Gebäuden fast 12 Mio. Euro bereitzustellen und diese Mittel schnell und effizient einzusetzen. Anfang 2008 erfolgte der Startschuss für dieses Programm. Bereits Ende 2009 konnten alle Maßnahmen fristgerecht abgeschlossen werden. Nach deren Durchführung konnte insgesamt eine Reduzierung der CO 2- Emissionen um rund Tonnen pro Jahr erzielt werden. Dies entspricht einer jährlichen Energiekosten-Ersparnis von rund 1,2 Mio. Euro. Dies zeigt, dass der Klimaschutz auch handfeste finanzpolitische Vorteile durch langfristige Ersparnis von Betriebskosten bietet. Darüber hinaus sind energetische Maßnahmen auch fester Bestandteil der aktuellen Konjunkturprogramme der Jahre 2009 bis Für Landesbaumaßnahmen allein wurden so zusätzliche Mittel von über 340 Mio. Euro bereitgestellt. Der Anteil für energetische Maßnahmen beträgt rund 100 Mio. Euro. Ich danke den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der Staatlichen Vermögens- und Hochbauverwaltung, die bei der erfolgreichen Umsetzung dieser Programme mitwirken. Willi Stächele MdL Finanzminister des Landes Baden-Württemberg 5

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7 Impulsprogramm Klimaschutz wirtschaftliche und ökologische Effekte Die Strategie der Staatlichen Vermögens- und Hochbauverwaltung in Baden-Württemberg ist seit vielen Jahren neben den vielfältigen Aufgaben des Immobilien- und Baumanagements auch von Maßnahmen zur energetischen Optimierung des Gebäudebestands geprägt. Die Senkung des Energieverbrauchs bei landeseigenen Gebäuden gehört bereits seit Beginn der 90er-Jahre zur strategischen Richtung. In den Jahren 2008 und 2009 wurde für Klimaschutzmaßnahmen bei landeseigenen Gebäuden ein zusätzliches Investitionsvolumen von 12 Mio. Euro bereitgestellt. Das Impulsprogramm Baden-Württemberg Klimaschutzmaßnahmen im Hochschul- und Behördenbau oder auch in geläufiger Kurzform Impulsprogramm Klimaschutz hatte verschiedene Zielrichtungen: Durchführung von Projekten mit Pilotcharakter, die Nutzung erneuerbarer Energie, aber auch die Umsetzung konventioneller energetischer Sanierungsmaßnahmen wie die Wärmedämmung von Fassaden sollten geplant und realisiert werden. Aus einer Vielzahl möglicher Maßnahmen wurden insgesamt 19 Projekte für das Impulsprogramm Klimaschutz ausgewählt. Der Schwerpunkt der Maßnahmen lag bei der energetischen Optimierung des Bestandes. Die ausgewählten Projekte erzielen eine Verbrauchseinsparung im Strom- und Wärmebereich. Damit verbunden sind erhebliche Energiekosteneinsparungen und eine Reduktion der CO 2-Emissionen. Das Impulsprogramm Klimaschutz zeigt, dass sich in vielen Fällen die Investition durch Energiekosteneinsparung schon kurz- oder mittelfristig amortisiert. Energetische Maßnahmen an der Gebäudehülle sind meist in Zusammenhang mit ohnehin notwendigen Instandsetzungsarbeiten wirtschaftlich. Der Einsatz effizienterer Technik unter Beibehaltung der örtlichen und technischen Infrastruktur erreicht in der Regel eine sehr hohe Wirtschaftlichkeit. Herausragende und sehr wirtschaftliche Projekte in dem Programm waren unter anderem die Umsetzung eines innovativen Energiekonzeptes im Landeskriminalamt Stuttgart, der Einbau von Wärmerückgewinnungsanlagen in der Universität Ulm und die Installation von Blockheizkraftwerken in der Justizvollzugsanstalt Ravensburg. Nach dem Erfolg des Impulsprogramms Klimaschutz wird die energetische Sanierung der landeseigenen Liegenschaften fortgeführt und intensiviert. Das vom Landeskabinett Ende 2008 verabschiedete Konzept zur energetischen Sanierung und zum Einsatz erneuerbarer Energie wird entscheidend dazu beitragen, die energetische Sanierung der Landesgebäude voranzutreiben. In dieser Broschüre werden die Projekte des Impulsprogramms Baden-Württemberg Klimaschutzmaßnahmen im Hochschul- und Behördenbau vorgestellt und dokumentiert. Das Programm bildet einen wichtigen Meilenstein beim Prozess der weiteren energetischen Sanierung landeseigener Gebäude. Ministerialdirigent Thomas Knödler Leiter der Staatlichen Vermögens- und Hochbauverwaltung Baden-Württemberg 7

8 Innovatives Konzept mit Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung Landeskriminalamt Baden-Württemberg Taubenheimstraße Stuttgart Vermögen und Bau Amt Stuttgart Projektleiter Dr. Hermann Sauter Die Wasser-Lithiumbromid-Absorptionskältemaschine hat eine Kälteleistung von 175 kw Einsparung elektrische Energie MWh/a Einsparung CO ² 127 t/a Einsparung Energiekosten /a Gesamtbaukosten 1,35 Mio. Amortisationszeit 5,5 Jahre Die Gebäude Landeskriminalamt, Landesamt für Verfassungsschutz und die Staatliche Münze werden über ein Blockheizkraftwerk mit Wärme versorgt. Darüber hinaus wird das Landeskriminalamt mit Strom und mit einer nachgeschalteten Absorptionskältemaschine mit Kälte versorgt. Die Absorptionskältemaschine ist eine moderne Variante des ältesten bekannten technischen Prozesses zur Kälteerzeugung. Das erdgasbetriebene Blockheizkraftwerk ersetzt einen abgängigen Gasheizkessel. Der jährliche Wärmebedarf der drei Liegenschaften von etwa MWh kann über die Hälfte vom Blockheizkraftwerk abgedeckt werden. Die gleichzeitig erzeugte Strommenge von fast MWh wird vollständig im Landeskriminalamt verwendet. Die bei der Stromerzeugung anfallende Wärme wird im Winter zur Beheizung und im Sommer durch die Absorptionskältemaschine zur Kühlung genutzt. Der jährliche Kältebedarf für das Landeskriminalamt beläuft sich auf rund MWh. Die Absorptionskältemaschine deckt davon etwa 30 Prozent ab. Die Abwärme des Kühlprozesses wird hocheffizient durch Hybridtechnik rückgekühlt. 8 Die parallele Produktion von Strom, Wärme und Kälte ermöglicht eine sehr hohe Jahreslaufzeit von Stunden des Blockheizkraftwerks und erreicht damit eine sehr gute Wirtschaftlichkeit. Die jährlich eingesparten Verbrauchskosten ergeben sich zum einen aus dem verringerten Strombezug vom Energieversorgungsunternehmen und zum anderen aus der Rückvergütung für Stromeinspeisung. Durch den Betrieb der Anlage können jährlich etwa 80 MWh Stromverbrauch bei den bestehenden Kältemaschinen eingespart werden. Die daraus resultierende Ökobilanz ergibt eine jährliche CO 2 -Einsparung von etwa 127 Tonnen.

9 Erdgasbetriebenes Blockheizkraftwerk mit 485 kw thermischer und 315 kw elektrischer Leistung Absorptionskältemaschine Wärmeverbrauch Wasserdampf Kälte Kälteverbrauch Kältekreislauf Kühlwasservorlauf Kühlwasserrücklauf Wärme Strom Gas 15 m 3 10 m 3 10 m 3 Kompressionskältemaschine/ freie Kühlung Kältepufferspeicher Rückkühlwerk Blockheizkraftwerk Wärmepufferspeicher Gaskessel 9

10 Sparen mit Wärmerückgewinnung aus der Abluft im Kreislaufverbundsystem Universität Ulm Betriebsstufe A, 43783/5 8 Albert-Einstein-Allee Ulm Vermögen und Bau Amt Ulm Projektleiter Volkmar Miersch Wasser-Luft-Wärmeübertrager in den Ansaugkammern mit Verrohrung des Kreislaufverbundsystems Einsparung Wärmeenergie MWh/a Einsparung CO ² 800 t/a Einsparung Energiekosten /a Gesamtbaukosten 1,45 Mio. Amortisationszeit 4 Jahre Die Zuluftaufbereitung für Laborräume mit Digestorien und für innen liegende Räume befindet sich im Untergeschoss und die Abluftanlagen in den Dachgeschossen. Das Kreislaufverbundsystem verbindet die örtlich voneinander entfernten Luftströme mit einem Rohrleitungssystem. Damit werden die Voraussetzungen für eine Wärmerückgewinnung geschaffen. Die Gebäude der naturwissenschaftlichen Institute untergliedern sich in vier Gebäudekreuze. Die Anfang der 70er-Jahre erbaute Struktur verfügt über ein gemeinsames Außenluftbauwerk mit Vorerhitzern zur Ansaugluftvorwärmung und Filterenteisung. Die vorhandenen heißwasserbetriebenen Vorerhitzer wurden auf Glykolbetrieb umgestellt, um ein Einfrieren im Winter zu verhindern. Eine wirksame Filterleistung ist weiterhin gewährleistet. Auf der Zuluftseite wurde für vier der sechs Ansaugkammern jeweils ein Wärmerückgewinnungsregister eingebaut. Die in den Dachzentralen umfangreich vorhandenen, separaten Abluftkanäle werden zusammengeführt und korrosionsunempfindliche Wärmeübertrager eingebaut. Die Wärme aus der Abluft auf dem Dach wird in den Keller geführt und sorgt hier für die Vorerwärmung der Zuluft. 10 Die sehr hohe Wirtschaftlichkeit der Maßnahme ist insbesondere dem Umstand geschuldet, dass große Teile der Zu- und Abluftanlagen in den zwei vorgesehenen Gebäudekreuzen des ersten Bauabschnitts nicht verändert werden mussten. Es wurde hier in ein in sich funktionierendes um zwei weitere Gebäudekreuze ausbaufähiges Kreislaufverbundsystem investiert. Die Gebäude stellen mit sehr langen Jahresbetriebszeiten und hohem Lüftungsbedarf ideale Voraussetzungen für diese energetische Maßnahme dar.

11 Die beeindruckende Dimension (10 Meter breit und 6,50 Meter hoch) der Wärmeübertrager für m³/h Außenluft in den Ansaugkammern zur Lufterwärmung Winterbetrieb ca. 1,0 C (100 % relative Feuchte) 22 C (30 % relative Feuchte) Wärmetauscher Filter F7 Abluft m 3 /h Fortluft m 3 /h M M Fremdwärme (Nacherwärmung) Raumtemperatur ca. +21 C Laborlüftung Raumlüftung sonstige Räume Zuluft +20 C Außenluft m 3 /h + Zuluft m 3 /h Lüftungsgeräte FP N26 FP O26 FP N25 FP O25 Vorerhitzer Wärmetauscher Filter F7 Hauptregister Wärmetauscher Schubventilatoren Winterbetrieb 14 C (90 % relative Feuchte) 10 C bis 19 C (je nach Außentemperatur) 11

12 Erdwärme aus Bohrmetern Universität Konstanz Sporthalle 5096/0 Mainaustraße Konstanz Vermögen und Bau Amt Konstanz Projektleiter Jörg Stolle Heizzentrale mit BHKW und Wärmepumpe Einsparung Wärmeenergie 52 MWh/a Einsparung elektrische Energie 200 MWh/a Einsparung CO ² 70 t/a Einsparung Energiekosten /a Gesamtbaukosten Amortisationszeit 15 Jahre Ein modernes Wärmeversorgungskonzept mit Einsatz von Geothermie in Kombination mit einer Wärmepumpe und einem Blockheizkraftwerk hilft Energie zu sparen. Neben der Sporthalle der Universität Konstanz wurde ein Geothermiefeld mit 36 Bohrungen, die jeweils eine Tiefe von 120 Metern aufweisen, erstellt. In Verbindung mit einer Wärmepumpe wird so ein Teil des Wärmebedarfs der Sporthalle und weiterer Gebäude bis zu einer Heizleistung von 150 kw gedeckt. Die Wärmepumpe soll in der Heizperiode von Oktober bis März betrieben werden, um das Gebäude mit Wärme zu versorgen. Zusätzlich kann im Sommer die Zuluft der Sporthalle mit Geothermie gekühlt werden. Ein gasbetriebenes Blockheizkraftwerk mit einer elektrischen Leistung von 50 kw und einer thermischen Leistung von 80 kw erzeugt den erforderlichen Strom für die Wärmepumpen selbst. Mit der Abwärme des Blockheizkraftwerks wird die Rücklauftemperatur der Fernwärme angehoben. Dies reduziert zusätzlich den Fernwärmeanteil und die Betriebskosten. Zur optimalen Energieausnutzung wird darüber hinaus die Wärme der Abgase des Blockheizkraftwerks weiter bis auf ein Temperaturniveau von 20 C genutzt. Die so gewonnene Heizenergie wird der Soleleitung vor der Wärmepumpe im Winterbetrieb zugeführt. Zur Regeneration des Bohrfeldes wird auch in den Sommermonaten Warmwasser eingespeist. Das Blockheizkraftwerk wird somit auch in den Sommermonaten zur Warmwasserbereitung und Stromerzeugung betrieben. 12

13 Herstellung einer Bohrung mit etwa 120 Meter Tiefe Sole-Verteilernetz für die Erdwärme Hochtemperaturverbraucher Niedrigtemperaturverbraucher Heizkörper Deckenstrahlplatten Warmwasserbereitung Lüftung Fußbodenheizung Limnologie Fernwärme Wärmespeicher Wärmespeicher Kälte BHKW Wärmepumpe Wärmeübertrager Wärmeübertrager Gas Strom Niedertemperaturabwärme Geothermiefeld 13

14 Geothermie für Heiz- und Kühlzwecke Raumfahrtzentrum Baden-Württemberg Pfaffenwaldring Stuttgart Universitätsbauamt Stuttgart und Hohenheim Projektleiter Manfred Györi Jürgen Bandowski Für die Bauteilaktivierung des Raumfahrtzentrums werden Kunststoffrohre in die spätere Betondecke verlegt Einsparung Wärmeenergie 43 MWh/a Einsparung elektrische Energie 25 MWh/a Einsparung CO ² 17 t/a Einsparung Energiekosten /a Gesamtbaukosten Im Winter wird die Wärme des Erdbodens über eine hochwertige Wärmerückgewinnung für die Erwärmung der Zuluft verwendet. Im Sommer wird der kühlere Untergrund zur Kühlung der Luft sowie für die Betonkernaktivierung genutzt. Die Anzahl der Erdsonden sind auf den Bedarf des Gebäudes abgestimmt. Hierfür wurden 20 Energiesonden mit einer Gesamtlänge von rund Metern gebohrt. Die Sonden werden vertikal in Bohrungen installiert und verfüllt. Die Verfüllung stabilisiert die Sonde im Bohrloch und überträgt durch den direkten Kontakt die Temperatur des Erdreichs auf die Sonde. Aus dem Erdreich kommen 50 Prozent der Energie für die Lufterwärmung. Für die Luftkühlung sind es 30 Prozent, die durch die Energiequelle Erdreich abgedeckt werden. Der weitere notwendige Energiebedarf wird jeweils über die Wärmerückgewinnung einschließlich einer adiabaten Abluftbefeuchtung bereitgestellt. Zusätzlich wird in den Gebäuden die Speicherfähigkeit der Betonbauteile mit einer Bauteilaktivierung genutzt. Hierfür wurden Kunststoffrohre, durch die ein Heiz- bzw. Kühlmedium fließt, in die Betondecke eingegossen. Behagliche Raumtemperaturen werden mit diesem innovativen Energiekonzept auch im Sommer gewährleistet. 14

15 Baustelle des Raumfahrtzentrums mit prägender Gebäudeform Kompressionskältemaschine 5 / 11 C Fernwärmeübergabe 32 / 26 C Geothermie Fernwärme vom Heizkraftwerk 130 / 70 C 70 / 50 C Heizen 8 / 14 C Kühlen 14 / 17 C ZU ( m 3 /h) Regenerative Energien Energiefluss Luftkühlung Energie aus Abluft Kühlung von 33 C auf 24 C Erdkälte 33 C auf 24 C 70 % Kühlleistung Lüftungsgeräte 33 C auf 19 C 30 % 100 % Filter Ventilator WRG 90 % NE Zu-/Nachkühlen Zu-/Vorwärmen Noteinspeisung Kühlen Heizen Umluftkühlgeräte Betonkernaktivierung 5 / 11 C 12 / 16 C Energiefluss Lufterwärmung Regenerative Energien Energie aus Abluft Erwärmung von 4 C auf 18 C Erdwärme Erwärmung von 12 C auf 4 C 46 % Heizleistung Lüftungsgeräte 12 C auf 18 C 54 % 100 % Ventilator WRG 70 % AB ( m 3 /h) adiabat. Filter Kühler Statische Heizung Präzisionsklimagerät 15

16 Tiefbrunnen zur Kühlung sorgt für 170 Tonnen CO 2 -Einsparung jährlich Universitätszentrum Universitätsbibliothek Kollegiengebäude I/IV Platz der Universität Freiburg Universitätsbauamt Freiburg Projektleiter Claudius Kremp Blick in den neuen Tiefbrunnen mit einem Bohrdurchmesser von einem Meter und rund 23 Metern Tiefe Einsparung Kälteenergie 228 MWh/a Einsparung CO ² 170 t/a Einsparung Energiekosten /a Gesamtbaukosten Vor allem die technische Ausstattung (EDV, Serverräume, Medientechnik etc.) führt auch in den Gebäuden der Geisteswissenschaften zu inneren Wärmelasten, die insbesondere im Sommer abgeführt werden müssen, um eine Überhitzung der Räume zu vermeiden. Eine sehr betriebskostengünstige Alternative zu einer Kälteerzeugung mittels Verdichter stellt die Kühlung mit Grundwasser dar. Dazu wird Grundwasser mit einer Temperatur von 9 bis 12 C aus einem Tiefbrunnen entnommen und anschließend das erwärmte Wasser mit 18 bis 20 C einem Versickerungsbrunnen wieder zugeführt. Der notwendige Entnahmebrunnen wurde im Bereich zwischen den Kollegiengebäuden I und IV der Universität Freiburg errichtet, der Versickerungsbrunnen im Vorplatz vor dem Haupteingang Kollegiengebäude I. Die erforderlichen Brunnenwasserleitungen von den Brunnen zur Universitätsbibliothek, Wärmetauscheranlagen, Unterwasserumpe sowie die unterirdischen Bauwerke für die Brunnenstuben sind Bestandteil der Maßnahme. Die geologischen Gegebenheiten für die Brunnenanlage wurden untersucht. Die Betrachtung ergab eine zu erwartende Brunnenwasserkapazität von 20 l/s. Dies entspricht bei einer Temperaturspreizung von 6 Kelvin zwischen Entnahme- und Versickerungstemperatur einer Kälteleistung von 400 kw. Eine wasserrechtliche Genehmigung der Brunnenwassernutzung war erforderlich. 16

17 Herstellung des Versickerungsbrunnens am Platz der Universität Kollegiengebäude I Kollegiengebäude IV Universitätsbibliothek t = 20 C t = 20 C t = 20 C t = 14 C t = 14 C t = 14 C Wärmetauscher V = 20 l/s t = C t = 9-12 C Grundwasser Entnahmebrunnen Versickerungsbrunnen 17

18 Effizientere Technik ersetzt abgängige BHKW-Module Justizvollzugsanstalt Hinzistobel Ravensburg Vermögen und Bau Amt Ravensburg Projektleiter Joachim Clauß Heizzentrale mit zwei BHKW-Modulen mit insgesamt 250 kw elektrischer und 360 kw thermischer Leistung Einsparung elektrische Energie MWh/a Einsparung CO ² 285 t/a Einsparung Energiekosten /a Gesamtbaukosten Amortisationszeit 3 Jahre Neue Gasmotoren erzeugen mit geringeren Prozessverlusten Strom und Wärme. Nicht mehr funktionstüchtige Module können durch die effizientere Technik ersetzt werden. Seit ihrer Errichtung im Jahr 1982 wird die Justizvollzugsanstalt Ravensburg durch ein Blockheizkraftwerk mit Wärme und Strom versorgt. Drei Erdgas-Module mit je 70 kw elektrischer Leistung waren abgängig und Ersatzteile nicht mehr verfügbar. Die drei ausgedienten Module wurden demontiert. Zwei effiziente Module mit je 125 kw elektrischer Leistung wurden neu installiert. Der Platz des dritten Moduls dient als Erweiterungsreserve. Die Module werden wärmegeführt gefahren, das heißt, die Wärmeerzeugung steht im Vordergrund. Die neue Anlage wird jährlich etwa MWh Wärme und MWh Strom liefern. Das entspricht 60 Prozent des Stromund rund 50 Prozent des Wärmebedarfs der Justizvollzugsanstalt. Die Maßnahme weist eine sehr hohe Wirtschaftlichkeit mit einer Amortisationszeit von drei Jahren auf, da die vorhandene technische und bauliche Infrastruktur weiter genutzt werden konnte. Infolgedessen waren keine zusätzlichen Investitionen in die Anlagentechnik, Leitungsführung und Gebäude notwendig. 18

19 Die erdgasbetriebenen BHKW-Module erzeugen rund MWh Wärme und MWh Strom Strom Notkühler TWWB M G M G M G TWWB Gas Diesel Gasheizkessel Blockheizkraftwerk Notstromversorgung Pufferspeicher Trinkwarmwasserbereitung Wärmeverbraucher 19

20 Pellets und Wärmerückgewinnung sorgen umweltschonend für behagliche Temperaturen Biosphärenzentrum Von-der-Osten-Straße 4, Münsingen Vermögen und Bau Amt Tübingen Projektleiter Andreas Götzelmann Lüftungszentrale mit einer Kapazität von m³/h Einsparung Wärmeenergie 188 MWh/a Einsparung CO ² 79 t/a Einsparung Energiekosten /a Gesamtbaukosten Hinter der Bezeichnung Biosphärengebiet steckt die Idee der nachhaltigen regionalen Entwicklung. Energie aus nachwachsenden Rohstoffen ist ein wichtiges Thema hierbei. Der wichtigste und am häufigsten genutzte nachwachsende Rohstoff ist Holz. Der ehemalige Truppenübungsplatz Münsingen ist aufgrund seiner landschaftlichen Besonderheiten ein Biosphärengebiet. Für das Besucher- und Informationszentrum soll eine Heizungsanlage mit Einsatz erneuerbarer Energien Teil des Ausstellungskonzepts werden. Zwei denkmalgeschützte Gebäude, Wachgebäude und Zielbaukommandobaracke, werden mit einem Zwischenbau zum Besucher- und Informationszentrum des neuen Biosphärengebiets in Münsingen. Einfach in der Wartung und mit guter Energieeffizienz hat man sich für eine Holzpelletanlage zum Beheizen entschieden. Die Anlage mit 100 kw Leistung wird zu großen Teilen unterirdisch untergebracht. Aus dem Pelletlager werden die Pellets über eine Förderschnecke dem Kessel zugeführt. Der Pelletkessel versorgt über zwei Pufferspeicher die Heizflächen und die neu errichtete Lüftungsanlage mit Wärme. Die raumlufttechnische Anlage fördert m³/h. Die Lüftungsanlage wurde zusätzlich mit einer hocheffizienten rekuperativen Wärmerückgewinnung mit einer Rückwärmzahl von 0,8 ausgestattet. Eine rekuperative Wärmerückgewinnungsanlage besteht aus zwei getrennten, parallel laufenden Systemen: eines für die Abgase, eines für die Frischluft, die erwärmt werden soll. Werden beide aneinander vorbeigeleitet, kann die Wärme von der Ab- auf die Frischluft übertragen werden. 20

21 Holzpelletkessel mit einer Wärmeleistung von 100 kw Verbraucher Abgas 90 C 50 C T T 850 l 850 l MAG Pelletlager Pelletkessel 100 kw Warmwasserspeicher 21

22 Holzhackschnitzelkessel reduziert Heizöleinsatz Hochschule für Forstwirtschaft Laborgebäude Schadenweiler Hof Rottenburg Vermögen und Bau Amt Tübingen Projektleiter Johannes Glosemeyer Heizzentrale mit Holzhackschnitzelkessel und einer thermischen Leistung von 300 kw Einsparung CO ² 144 t/a Einsparung Energiekosten /a Gesamtbaukosten Amortisationszeit 11,6 Jahre Holz als nachwachsender Energieträger ist für die Hochschule für Forstwirtschaft Rottenburg mit den Studiengängen Nachhaltige Energiewirtschaft und -technik und BioEnergy fast ein Muss. Im Untergeschoss des Laborneubaus wurden die baulichen Voraussetzungen geschaffen und ein Holzhackschnitzelkessel mit einer Kesselleistung von 300 kw eingebaut. Diese wird über einen Speicher in das Heizsystem eingebracht. Der Speicher dient dabei gleichzeitig als hydraulische Weiche. Zusätzlich kann die aus den zwei Versuchskesselanlagen im neuen Laborgebäude erzeugte Wärme genutzt werden. Hier werden Holz und andere feste Biobrennstoffe eingehend untersucht. Im Gegensatz zu Scheitholz- oder Pelletanlagen eignen sich Hackschnitzelfeuerungen in erster Linie für größere Wärmeabnehmer. Der Kessel versorgt als Grundlastkessel neben dem neuen Gebäude auch den Gebäudebestand Schadenweiler Hof. Die bestehenden Gebäude wurden bislang über eine Ölkesselanlage mit zwei Kesseln (350 und 150 kw) versorgt. Mit dem neuen Holzhackschnitzelkessel kommen die alten Kessel kaum mehr zum Einsatz. Die Ölkessel stehen lediglich als Spitzenlastkessel sowie im Wartungs- oder Havariefall weiterhin zur Verfügung. Durch die Substitution von Öl durch Biomasse wird eine CO 2- Einsparung für die Liegenschaft von 144 Tonnen jährlich erreicht. 22

23 Holzhackschnitzellager mit Förderschnecke Hauptgebäude Schadenweiler Hof Bestehende Gebäude und Nahwärmeverteilung Rückkühler für Heizungsversuche im Sommer Neues Laborgebäude und Hörsaal Ölkessel Bestand zur Notversorgung und Spitzenlastabdeckung Versuchsöfen FH Bestandsgebäude FH Holzhackschnitzellager Bestandsgebäude FH Holzhackschnitzelkessel liefert Wärme für das ganze Areal Pufferspeicher für Heizungswasser Gebäudeverteilung für Laborneubau Hörsaal 23

24 Solarkollektoren erwärmen Schwimmbad Lindenparkschule Lachmannstraße Heilbronn Vermögen und Bau Amt Heilbronn Projektleiter Bernd Drefs Einsparung Wärmeenergie 23 MWh/a Einsparung CO ² 7 t/a Einsparung Energiekosten /a Gesamtbaukosten Amortisationszeit 17 Jahre Auf dem sanierten Flachdach der Sport- und Schwimmhalle fanden sich ideale Voraussetzungen zur Errichtung einer thermischen Solaranlage. Eine besonders effiziente Nutzung der Sonnenenergie ist durch die thermische Solaranlage zur Erwärmung des Schwimmbads gegeben. Die Beheizung der Liegenschaft und des Schwimmbads erfolgte bisher ausschließlich über zwei Gasbrennwertkessel. Durch die Montage der Solarkollektoren werden zukünftig rund 90 Prozent des Heizwärmebedarfs für das Schwimmbad gedeckt. Somit werden m³ Erdgas eingespart. Dies entspricht einer jährlichen CO 2-Einsparung von rund sieben Tonnen. Die Solarthermie ist die am weitesten verbreitete Technik zur Nutzung der Sonnenstrahlung. Der Wirkungsgrad ist bei der Solarthermie vergleichsweise hoch: Je nach eingesetztem Kollektor werden im Schnitt rund 50 Prozent der Sonneneinstrahlung, die auf die Absorberfläche des Kollektors trifft, in nutzbare Wärmeleistung umgewandelt. Es ergibt sich eine Amortisationszeit von 17 Jahren, die unterhalb der Lebensdauer der Solarkollektoren von 20 Jahren liegt. Solarkollektoren mit einer Fläche von 42 m 2 24

25 Die optimal ausgerichteten Solarkollektoren sparen jährlich Euro Betriebskosten und sieben Tonnen CO 2 90 Prozent des Heizwärmebedarfs des Schwimmbads werden durch die solarthermische Anlage gedeckt 25

26 Energetisch optimierte Hochhausfassade Universität Stuttgart Kollegiengebäude II Keplerstraße Stuttgart Universitätsbauamt Stuttgart und Hohenheim Projektleiter Manfred Pagel Einsparung Wärmeenergie 140 MWh/a Einsparung CO ² 25 t/a Leseraum in der Bibliothek des Kollegiengebäudes II Einsparung Energiekosten /a Gesamtbaukosten Das Kollegiengebäude II ein Gebäude der Universität Stuttgart aus dem Jahre 1965 wird überwiegend von den geisteswissenschaftlichen Disziplinen genutzt. Die Fassadenelemente stammten aus der Bauzeit und waren entsprechend ihres Alters sanierungsbedürftig. Die zurückhaltende Vornehmheit des für die Architektur seiner Zeit richtungsweisenden Gebäudes sollte nach der Sanierung erhalten bleiben bzw. wiedererkennbar sein. Das Land hat für die Gesamtsanierung insgesamt 17,5 Mio. Euro aufgewendet. Das Hochhaus besitzt auf seiner Nordseite zehn Geschosse zur Unterbringung der Bibliotheken und Räume für die Lehre. Durch das Impulsprogramm Klimaschutz konnten während der laufenden Gebäudesanierungsmaßnahme die alten Fensterelemente auf der Nordseite gegen neue Fenster mit thermisch getrennten Profilen und einer Isolierverglasung ausgetauscht werden. Der Wärmedurchgangskoeffizient der Fensterelemente konnte dadurch auf 1,3 W/m²K reduziert werden. Die Betonwerksteinelemente und Sichtbetonflächen wurden außen lediglich instand gesetzt und gereinigt. Zusätzlich wurde nach Demontage der inneren Brüstungsverkleidung eine Innendämmung angebracht. Der Wärmeschutz im Gebäude konnte durch die beschriebenen Maßnahmen erheblich verbessert werden. Sie führen zu einer Reduzierung des Wärmebedarfs von rund sieben Prozent gegenüber dem Bedarf vor der Sanierung. Das Hochhaus Kollegiengebäude II 26

27 Innovative Innendämmung bringt Gebäude der 50er-Jahre auf Neubaustandard In den 50er-Jahren wurden Gebäude in weiten Teilen nur mäßig bis gar nicht gedämmt. Das Gebäude A der Hochschule Furtwangen mit seiner sehr klaren und schlanken Stahlbetonrahmenkonstruktion ist eines der ersten Gebäude dieser Art, das mehrgeschossig erstellt wurde. Aufgrund seiner Eigenständigkeit und architektonischen Qualität von Baukörper und Fassade ist es als denkmalwürdig einzustufen. Die Stahlbetonrahmenkonstruktion lässt eine äußere Dämmung in weiten Teilen nicht zu. Die mögliche alternative Innendämmung ist im Vergleich zu anderen Dämmsystemen wenig verbreitet. Es wurden von innen vorkonfektionierte Vakuum-Dämmpaneele angebracht. Im Wesentlichen bestehen diese aus einem mikroporösen Kernmaterial, welches mit einer hoch gasdichten Folie umhüllt ist. Die Paneele haben eine um Faktor 5 bis 10 geringere Wärmeleitfähigkeit als konventionelle Dämmstoffe. Die Fensterflächen wurden mit einer Dreischeiben-Verglasung erneuert. Dabei wurden die Gliederung und Aufteilung der Ursprungsfassade erhalten. Zur besseren Raumausleuchtung mit Tageslicht sind Lichtlenksysteme integriert. Hochschule Furtwangen University Gebäude A Robert-Gerwig-Platz Furtwangen Vermögen und Bau Amt Konstanz Projektleiter Fabio Tedesco Einsparung Wärmeenergie MWh/a Einsparung elektrische Energie 61 MWh/a Einsparung CO ² 209 t/a Einsparung Energiekosten /a Gesamtbaukosten 2,104 Mio. Die charakteristische Außenfassade des Gebäudes A der Hochschule Furtwangen konnte mit Einsatz der Gebäudeinnendämmung erhalten bleiben 27

28 Energiekosten senken und Behaglichkeit in den Räumen steigern Finanzamt Rottweil Gebäude A, B und C Kaiserstraße Rottweil Vermögen und Bau Amt Konstanz Projektleiter Thomas Reutlinger Einsparung Wärmeenergie 395 MWh/a Einsparung CO ² 80 t/a Die sanierte Gebäudehülle des Finanzamts Rottweil Einsparung Energiekosten /a Gesamtbaukosten 1,256 Mio. Für die viergeschossigen Stahlbetonskelettbauten des Finanzamts Rottweil aus dem Jahr 1964 ist auf Grundlage der Energieeinsparverordnung 2007 ein energetisches Sanierungskonzept für die Außenhülle entwickelt und umgesetzt worden. Die vorgehängten und teils absturzgefährdeten Betonfertigteile wurden entfernt und durch ein Wärmedämmverbundsystem ersetzt. Im Sockelbereich wurde das Wärmedämmverbundsystem bis 60 cm unter Deckenunterkante des nicht beheizten Untergeschosses geführt. Die opake Fassade konnte damit energetisch um 85 Prozent verbessert werden. Neue Aluminiumfenster mit Sonnenschutz bringen eine Verbesserung des Wärmedurchgangskoeffizienten um 55 Prozent. Die pulverbeschichtete Fassadenkonstruktion ist vorgerichtet für die Nachrüstung einer zentral steuerbaren Nachtabkühlung. Die Nachtkühlung erfolgt dann über motorbetriebene Fensterflügel in den Fassaden, die in der Nachtzeit aufgefahren werden und somit einen natürlichen Luftaustausch und Temperaturabbau in den Speichermassen der Decken bewirken. Gebäudeansicht während der Sanierung mit entfernten Betonfertigteilen Die Dachfläche mit rund m² wurde mit dreilagigen Bitumenbahnen abgedichtet und mit der Attika ebenfalls gedämmt. Innerhalb von nur elf Monaten konnte die umfangreiche Sanierung abgeschlossen werden. Die Maßnahmen insgesamt führen zu einer Energiekosteneinsparung von rund 50 Prozent. 28

29 Abgaswärmetauscher mit Edelstahlkamin ersetzt 85 Meter hohe gemauerte Schornsteinanlage Mit einem Abgaswärmeübertrager zwischen Heizkessel und Schornstein kann ein großer Teil der Wärme aus Verbrennungsgasen genutzt werden. Das Fernheizwerk der Universität Konstanz, 1972 errichtet, besteht aus zwei Heißwasserkesseln mit Heizleistungen von je 11,6 MW sowie einem weiteren Sommerkessel mit einer Heizleistung von 4 MW. Zur energetischen Optimierung wurde ein Abgaswärmeübertrager dem Grundlastkessel nachgeschaltet. Der Abgaswärmeübertrager mit einer maximalen Wärmerückgewinnungsleistung von 458 kw wurde in den Hauptrücklauf des Fernwärmenetzes eingebunden. Die Abgastemperatur wird dabei von 169 C auf 100 C abgesenkt. Die vorhandene gemauerte Schornsteinanlage konnte für die niedrigeren Abgastemperaturen nicht genutzt werden, weil das anfallende Kondensat die Fugen der Schamottsteine weiter auswaschen würde. Deshalb wurde ein neuer Edelstahlkamin passend zum Abgaswärmetauscher errichtet. Der alte gemauerte Fuchs wurde abgerissen und die entstandene Wandöffnung verschlossen. Für das Einbringen des Abgaswärmeübertragers wurden das Dach geöffnet und erforderliche Wechsel eingezogen. Der Fußboden im Erdgeschoss wurde in diesem Bereich abgebrochen und anschließend mit einem Blech verschlossen. Universität Konstanz Q 2, Heizwerk Langhardtstraße Konstanz Vermögen und Bau Amt Konstanz Projektleiter Jörg Stolle Einsparung Wärmeenergie MWh/a Einsparung CO ² 202 t/a Einsparung Energiekosten /a Gesamtbaukosten Amortisationszeit 6 Jahre Fernheizwerk der Universität Konstanz mit über 27 MW thermischer Fernwärmeleistung und der neu errichtete Abgaswärmetauscher 29

30 Fassaden energetisch optimieren auch bei denkmalgeschützten Gebäuden Regierungspräsidium Karlsruhe Karl-Friedrich-Straße Karlsruhe Vermögen und Bau Amt Karlsruhe Projektleiterin Regine Drayß Beim dreistöckigen Regierungspräsidium Karlsruhe wurde altbewährt auf die vorhandene Putzfassade ein Wärmedämmverbundsystem aufgebracht. Der vorhandene Dachüberstand ermöglichte eine Dicke von 10 cm Polystyrol-Hartschaumplatten. Die vorhandenen Holzfenster wurden erneuert. Zusätzlich wurde auf die oberste Geschossdecke eine Wärmedämmung aus 16 cm Mineralwolle verlegt. Rund 300 MWh Wärmeenergie pro Jahr werden künftig eingespart. Einsparung Wärmeenergie 305 MWh/a Einsparung CO ² 55 t/a Einsparung Energiekosten /a Gesamtbaukosten Regierungspräsidium Karlsruhe, Vergabekammer Baden-Württemberg, Ansicht vom Rondellplatz 30

31 Das dreistöckige Haus des Landtags in Stuttgart mit seiner dunklen Fassadenverglasung und ungedämmten Bronzeprofilen ist denkmalgeschützt. Eine Herausforderung für eine energetische Optimierung war der Erhalt der bestehenden Fassadenansicht. Die Isolierverglasung aus den 80er-Jahren wurde ausgetauscht. Die neue Verglasung ist eine Zweischeiben-Wärmeschutzverglasung mit einem Wärmedurchgangswert von 1,1 W/m²K. Zusätzlich wurden von außen auf Fassadenpfosten Formdämmteile aufgebracht. Edelstahlprofile verstärken die Konstruktion. Brünierte Messingprofile erscheinen wie bei der bestehenden Fassade als umlaufender Rahmen. Fassadenschotts wurden nach bauphysikalischen Erfordernissen ertüchtigt bzw. erneuert. Haus des Landtags Konrad-Adenauer-Straße Stuttgart Vermögen und Bau Amt Stuttgart Projektleiterin Sabine Drobny Einsparung Wärmeenergie 40 MWh/a Einsparung CO ² 7 t/a Einsparung Energiekosten /a Gesamtbaukosten Haus des Landtags, Ansicht von Westen 31

32 Neue Lüftungsgeräte und optimierte Regelungstechnik reduzieren den Energieeinsatz Universität Heidelberg Biochemie-Zentrum, Physiologisches Institut, Gebäudekomplex Triplex, Theoretikum Universitätsbauamt Heidelberg Projektleiter Felix Lindenfelser Einsparung Wärmeenergie 726 MWh/a Einsparung elektrische Energie 293 MWh/a Einsparung CO ² 218 t/a Einsparung Energiekosten /a Gesamtbaukosten Amortisationszeit 4,3 Jahre Im Biochemie-Zentrum der Universität Heidelberg spart die eingebaute Wärmerückgewinnung Energiekosten von Euro pro Jahr. Die lufttechnische Versorgung erfolgt über eine zentrale raumlufttechnische Anlage mit 100 Prozent Außenluft. Die Gesamtluftmenge der zwei Zentralgeräte beträgt insgesamt Kubikmeter pro Stunde. Auf Basis der DIN V wurden verschiedene Betriebsfälle mit und ohne Wärmerückgewinnung energetisch bewertet. Als wirtschaftlichste Variante wurde eine Wärmerückgewinnung im Kreislaufverbundsystem geplant und eingebaut. Die Amortisationszeit beträgt etwas mehr als drei Jahre. Ventilatoren mit energieeffizienten Motoren, die über Frequenzumrichter und eine automatische Druckregelung an den aktuellen Verbrauch angepasst werden, sparen im Physiologischen Institut jährlich 72 Tonnen CO 2. Hierfür wurden die Zuluftgeräte der Gebäudehauptluftanlage erneuert, die pneumatischen gegen elektrische Feldgeräte ausgetauscht und von manueller auf automatische Regelung umgestellt. Mit der Sanierung der alten Mess-, Steuer- und Regeltechnik und dem durchgehenden Einsatz modernster Digital- und Softwaretechnik im Gebäudekomplex Triplex wird eine Energieeinsparung von rund sieben Prozent erreicht. Im Bereich Theoretikum wurden Pumpen aus den 80er-Jahren durch neue, hocheffiziente Energiesparpumpen mit Drehzahlregelung ersetzt. 19 neue Umwälzpumpen sparen voraussichtlich jährlich Stromkosten in Höhe von Euro bei einer Energieeinsparung von kwh. 32

33 Maßnahmenübersicht Impulsprogramm Klimaschutz Ort Nutzung Zweckbestimmung GBK [ ] jährliche Einsparung CO 2 Wärme Strom Energie- [t] [MWh] [MWh] kosten [ ] Freiburg Universität Tiefbrunnen zur Kühlung Furtwangen Hochschule/University Energetische Optimierung Gebäude A Gebäudehülle Heidelberg Universität Energetische Optimierung technischer Anlagen, vier Maßnahmen Heilbronn Lindenparkschule Solarthermische Anlage Karlsruhe Regierungspräsidium Energetische Optimierung am Rondellplatz der Fassade Konstanz Universität BHKW und geothermische Beheizung Konstanz Universität Energetische Optimierung Heizwerk zentraler Anlagentechnik Münsingen Biosphärenzentrum Nutzung erneuerbarer Energien und erhöhte Wärmedämmung Ravensburg Justizvollzugsanstalt Einbau energieeffizienter Anlagentechnik Rottenburg Hochschule für Modernisierung Heizzentralen: Forstwirtschaft Umstellung von Öl auf Holzhackschnitzel Rottweil Finanzamt Energetische Optimierung der Gebäudehülle Stuttgart Landeskriminalamt BHKW Absorptionskälteanlage Stuttgart Landtag Energetische Optimierung der Fassade Stuttgart Universität Fassaden-/Fenstersanierung Kollegiengebäude II Stuttgart- Universität Geothermienutzung für Vaihingen Raumfahrtzentrum Heiz- und Kühlzwecke Ulm Universität Wärmerückgewinnungsanlagen für die Haupt-Abluftströme 1. Bauabschnitt Gesamtsumme

34 Fotonachweis Atelier Altenkirch, Karlsruhe, 30 Eser, Dittmann, Nehring & Partner GmbH, Tamm, 13 (1), 14 Brigida González, Stuttgart, 15, 26 Joachim Feist, Pliezhausen, Umschlag (3), 20, 21, 22, 23 Reinhard Hall, Heilbronn, 24, 25 Andreas Henkel, Stuttgart, 8, 9 Landtag von Baden-Württemberg, 31 Lossen Fotografie, Heidelberg, 32 Anne Rombach, Leipzig, 27 Franz-Josef Stiele-Werdermann, Konstanz, Umschlag (1), (2), 12, 13 (2), 29 Universität Ulm, 10, 11 Universitätsbauamt Freiburg, 16, 17 Karin Volz, Haus für Fotografie, Ravensburg, 18, 19 Architekturbüro Wolak, Rottweil, 28 Impressum Herausgeber Finanzministerium Baden-Württemberg Staatliche Vermögens- und Hochbauverwaltung Baden-Württemberg Grafische Gestaltung projektgruppe.de Druck wenzel.drucknetzwerk KG September 2010 Gedruckt auf Papier mit FSC-Zertifizierungssiegel Copyright beim Herausgeber 34

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