EnEff:Stadt Ludwigsburg - Grünbühl/Sonnenberg Integriertes Energie-Quartierskonzept für ein Neubaugebiet und eine Nachkriegssiedlung

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1 EnEff:Stadt Ludwigsburg - Grünbühl/Sonnenberg Integriertes Energie-Quartierskonzept für ein Neubaugebiet und eine Nachkriegssiedlung EnEff:Stadt Projektleitermeeting Landshut, 21. November 2013 Dr. Dirk Pietruschka

2 Gliederung 1. Ausgangssituation 2. Projektablauf 3. Sonnenberg / Sonnenberg Südwest 4. Grünbühl 5. Sozioökonomische Begleitung 6. Ausblick 2

3 Ausgangssituation Ludwigsburg Mittelstadt nördlich von Stuttgart ( Einwohner) Barocke Altstadt Mehrere ehemalige Kasernen und Nachkriegswohnsiedlungen Ausschnitt Stadt Ludwigsburg Ludwigsburg 3 Raumstrukturen

4 Ausgangssituation Strukturen der Stadt Ludwigsburg Integriertes Stadtentwicklungskonzept auf Basis einer umfassenden Beteiligung Umstrukturierung der Verwaltung (Referat für Nachhaltige Stadtentwicklung) Energetikom e.v. Zahlreiche Forschungsprojekte Case Study Energieeffiziente Stadt Ludwigsburg Mehrere Konversionsprojekte Integrated Sustainability Management 4

5 Ausgangssituation Untersuchungsgebiet Grünbühl ca. 23 ha ehemaliges Militärlager als Notunterkünfte für Vertriebene Sonnenberg ca.15 ha Wohngebäude der Nachkriegszeit für US-Offiziere Stadtentwicklungsprogramm Soziale Stadt Integrierter Stadtentwicklungsplan Grünbühl/ Sonnenberg 2008 Lage des Gebiets Grünbühl/Sonnenberg Integriertes Energiekonzept mit Schwerpunkt auf energetischen, sozialen und wirtschaftlichen Fragestellungen 5

6 Ausgangssituation Untersuchungsgebiet Sonnenberg Gewerbeflächen Konversionsfläche im Bau Entwicklungsgebiet Sonnenberg Südwest Grünbühl Grünbühl Bestandsquartier Übersicht Untersuchungsgebiet 6

7 Ausgangssituation Untersuchungsgebiet Sonnenberg Gewerbeflächen Wärmenetz Konversionsfläche im Bau Entwicklungsgebiet Sonnenberg Südwest Grünbühl Grünbühl Bestandsquartier 7

8 Aufgabenstellung EnEff:Stadt Ludwigsburg - Grünbühl/Sonnenberg Integriertes Energie-Quartierskonzept für ein Neubaugebiet und eine Nachkriegssiedlung Arbeitspakete AP 1: Integriertes Energiekonzept - LowEx-Versorgungskonzepte AP 2: Städtebauliches und energetische Quartierskonzept Sonnenberg AP 3: Nahwärmenetze AP 4: Energie-Quartierskonzept Grünbühl AP 5: Quartiers-Energie-Marketing und sozioökonomische Analyse AP 6: Transferpunkte für die gesamtstädtische Energiestadtplanung - Energie- und Lastmanagementkonzepte - Analyse des Energiebedarfs - Entwicklung von Effizienzmaßnahmen (Gebäude, Energieerzeugung und -verteilung) - Planerische Entwicklung und Festsetzung von Standards und Bebauungsdichten - LowEx Wärmenetzausbau Sonnenberg SW - Wärmenetzausbau / Subnetze - Städtebauliches Sanierungskonzept für Grünbühl - Konzept zur Anschlussentwicklung Sonnenberg - Beratungsangebote, Beteiligungsverfahren, Energiemarketing - Sozialverträgliche Quartiersumgestaltung - Stadtteilentwicklungskonzepte als Basis einer umfassenden Energiestadtplanung 8

9 Projektteam Hochschule für Technik Stuttgart Zentrum für nachhaltige Energietechnik - zafh.net Projektleitung Prof. Dr. Ursula Eicker (Versorgungstechnik, Bauphysik) Stadt Ludwigsburg Koordination Sandra Kölmel (25%) Stadtplanung Albrecht Burkhardt Lenkung Albert Geiger (Leitung Ref. NSE) Projektgruppe STEP Martin Scheuermann Prof. Dr. Detlef Kurth (Stadtplanung) Dr. Dirk Pietruschka (Versorgungstechnik, Bauphysik) Koordination: Alexandra Fischer Stadtwerke Ludwigsburg - Kornwestheim Koordination Gerold Kohler Lenkung Geschäftsführung Versorgungstechnik Herr Klein Externe Wohnungsbau Ludwigsburg (WBL) BIMA weitere Dritte Schnittstellen je nach Thema 9

10 Ausgangssituation Stärken 10

11 Ausgangssituation Schw ächen 11

12 Ausgangssituation Potentiale 12

13 Ausgangssituation Zielkonflikte 13

14 Sonnenberg Kerngebiet Energiekonzept Ziele: - verbesserter Energiesparstandard gegenüber EnEV für Neubauten - Hohe Energiestandards der Bestandsbauten Energieversorgungskonzept: Wärmenetz mit drei Bausteinen: 1. BHKW 2.Geothermie mit Wärmepumpe 3. Spitzenlastbrennwertkessel Intelligentes Lastmanagement Zentral steuerbare dezentrale Wärmespeicher 14 Nahwärmenetz Sonnenberg

15 Sonnenberg Kerngebiet Wärmeversorgung Technische Daten: Erdsondenfeld: 50 Sonden a 115m Leistung: 160 kw Luftwärmetauscher: 160 kw Wärmepumpe: 200 kw BHKW 1: 236 kwth 112 kwel BHKW 2: (optional) 112 kwth 50 kwel Gasbrennwertkessel: 900 kw Wärmenetz: Vorlauf 70 C Rücklauf 40 C Anteil an der Wärmeversorgung: - Wärmepumpe 22% (1. Temperaturhub) - BHKW (Grundla st) 54% - Ga s-brennwert 24 % (Spitzenlast) Intelligente Übergabestationen zum Lastmanagement über dezentrale Speicher 15

16 Sonnenberg Südwest Passivhaus-/ Plusenergiesiedlung und Low Ex-Konzept Kriterien und Rahmenbedingungen für Passivhäuser Zielkonflikte und Lösungsvorschläge für städtebauliche Planung Analyse der Energieeffizienz netzgebundener dezentraler Versorgungsvarianten Optimierungspotenziale Planungskonzeption Sonneberg Süd- West Niedertemperatursubnetzes mit Anschluss an den Netzrücklauf des Wärmenetzes Städtebaulicher Rahmenplan Sonnenberg Rücklaufanschluss Sonnenberg Süd-West 16

17 Sonnenberg Süd-West Überarbeitung der städtebauliche Planung Ziel: Erhöhung der städtebaulichen Dichte im Rahmen der Möglichkeiten politischer Vorgaben Haustypen Einfamilien-/Doppelhäuser Reihenhäuser Netzverluste Sonnenberg Süd-West Bebauungsplanentwurf 2009/2011 Planungskonzept 1 Überarbeitete Planung Juli 2011 Planungskonzept 2 Stud ienb

18 Sonnenberg Südwest Passivhaus-/ Plusenergiesiedlung und Low Ex-Konzept Klassische Erweiterung Mitteltemp. Nahwärme Kalte Nahwärme VL/RL: 70/40 C VL/RL: 40/20 C VL/RL: 25/05 C Hausstation gleich wie in Sonnenberg Klassische Netzerweiterung Dezentrale DL-Erhitzer und Heizwasserspeicher in jedem Gebäude Auslegungstemperatur Heizung beträgt 38/20 C WW-Wärmepumpe und Speicher in jedem Gebäude Erweiterung durch Anschluss an den Rücklauf des Hauptnetzes über eine Pumpstation niedrigere Netztemperaturen Gedämmte Leitungen Rauthermex 18

19 Sonnenberg Südwest Passivhaus-/ Plusenergiesiedlung und Low Ex-Konzept 19

20 Sonnenberg Südwest Wirtschaftlichkeitsvergleich Kostenaufstellung Variante 2 [ct/kwh] E-Kern KfW PH KfW PH KfW PH KfW PH Var.2 A Var.2 B Var.2 C dezentr. WP Sonstiges Verbrauchskosten Betriebskosten Kapitalkosten Kosten [T /a] % +13% +29% +28% +23% +18% +40% +38% +37% +37% E-Kern KfW70 PH Bedarf [MWh/a] Sonstiges Verbrauchskosten Betriebskosten Kapitalkosten Wärmebedarf Var.2 A 20

21 Sonnenberg Südwest Einbindung Solarthermie Einbindung Solarthermie zur Verbesserung der ökologischen Bilanz CO 2 -äquivalent Emissionen berechnet mit und ohne solare Einspeisung Solare Einspeisung zur Rücklauf- und Vorlauftemperaturanhebung Vorlaufanhebung deutlich vorteilhafter für die Low-T Erweiterung (Ersatz der elektrischen Nacherwärmung) Eigenstromnutzung aus PV ist auch eine Option 21

22 Grünbühl Energetische Ausgangssituation Militärlager aus den 1930erJahren Nach dem 2. Weltkrieg Erweiterung der Bebauung Großteil der Gebäude in schlechtem Zustand städtebauliche Neuordnung nötig Rückkauf eines größeren Gebietes von der BIMA Neubebauung mit energetisch hochwertigen Gebäuden geplant Neustrukturierung der Wärmeversorgung bzw. Erweiterung der Fernwärmeversorgung in das Bestandsgebiet 22

23 Grünbühl Grünbühl Wohngebäude Integrierter Prozess für die Wärmebedarfssimulation mit einem 3D- Quartiersmodell Generierung 3D-Stadtmodell Wärmebedarfssimulation Diagnose des Bestands Wärmebedarfssimulation Entwicklung von Sanierungsszenarien bis 2050 Wärmebedarfssimulation im 3D Stadtmodell Gesamtverfahren zur Wärmebedarfssimulation 23

24 Grünbühl Städtebauliche Neuordnung der BImA- Fläche n Großes Entwicklungspotenzial im Projektbereich: 5,6 ha, 292 WE Abriss der Bausubstanz und Neubau mit hohem energetischen Standard Anschluss an das Fernwärmenetz Sonnenberg Energetische Optimierung des städtebaulichen Konzepts Konzept für eine sozialverträgliche Umsetzung der Mieter Plusenergiesiedlung als Leuchtturm auf dem Weg zum sozialen Plusenergiequartier Grünbühl-West BImA-Flächen 24

25 Grünbühl Netzausbau Grünbühl Varianten-Studie: Wärmenetzerweiterung mit Fokus auf Wärmegestehungskosten der Stadtwerke Weitere Bewertungskriterien: Wärmeverluste und Veränderung der Primärenergiefaktoren des Netzes Betrachtung des Gesamtgebietes Sonnenberg Süd-Ost, Sonnenberg Süd-West und Grünbühl Frage: Wirtschaftlichkeit der Erweiterung des Wärmenetzes nach Grünbühl? Versorgung mittels Kopfstation darstellbar Aber: große Herausforderungen bei der Entwicklung eines Vertriebskonzepts und der vertraglichen Ausgestaltung! Mögliche Bauabschnitte Netzausbau Grünbühl-West 25

26 Grünbühl Netzausbau Grünbühl Versorgung mittels Kopfstation darstellbar (weniger Trassenmeter nötig) Aber: große Herausforderungen bei der Entwicklung eines Vertriebskonzepts und der vertraglichen Ausgestaltung! , ,69 11,34 10,32 10,80 9,08 10,19 9,52 9,95 8,86 9,18 [ct/kwh] KfW Passiv KfW Passiv KfW Passiv KfW Passiv KfW Passiv Sonnenberg GB Var.1 komplett/einzeln GB Var.2 halb/einzeln GB Var.3 komplett/kopfstationen GB Var.4 halb/kopfstationen GB Var.5 halb/kopfstationen/bestand kapitalgebunden betriebsgebunden verbrauchsgebunden sonstige WGK Sonnenberg 9,69 ct/kwh 26

27 Grünbühl - Eichendorffschule Bestandsdaten Charakteristischer Bau und Konstruktion eines Schulgebäudes der 1950er und beginnenden 1960er Jah r e Mehrere Geschosse mit Seitengang Erhaltenswerte Architekturqualität Kombination von verschiedenen Fassaden Mehrere Optionen für die Sanierung Fassaden, Gebäudeautomation, Lüftung, Energieversorgung Integration von Solarenergie Ziel: Plusenergieschule Nord- und Südfassade Eichendorffschule Übersicht Gelände 27

28 Grünbühl- Eichendorffschule Energiekonzeptentwicklung Bestandsanalyse und thermisch dynamische Heizwärmebedarfssimulation Sanierungsvarianten Gebäudehülle: Innendämmung und zwei verschiedene Varianten von Außendämmung Versorgungsvarianten: - Gas-Brennwertkessel, - Holzpelletskessel, - Anbindung an das Fernwärmenetz, - Mikro-Nahwärmenetz südliche Fassade Pausenhalle (Thermographie und Foto) DesignBuilder-Modell der Eichendorffschule 28

29 Grünbühl- Eichendorffschule Energiekonzeptentwicklung DesignBuilder-Modell der Eichendorffschule 29

30 Grünbühl 30 Dauerlinie Mikro-Wärmenetz Grünbühl Regeneratives Mikro-Wärmenetz Eichendorffschule Zusammenschluss der Turnhalle und fünf Mehrfamilienhäusern aus den 1960er Jahren Entwicklung eines übergreifenden Konzeptes Mikro-Wärmenetz mit erneuerbaren Energien Dimensionierungs- und Wirtschaftlichkeitsstudie Ansätze: Solarthermieanlage kombiniert mit einem Holzhackschnitzel-Stirlingmotor als regenerative Kra ft-wärme-kopplung Gasspitzenlastkessel Schule als Rücklaufauskühler im Nahwärmenetz mit Deckenheizungen PVT Kollektoren zur sommerlichen Nachtauskühlung über Heiz-/Kühldecken PVT 200 m² Solarthermie

31 Grünbühl Vernetzung Gewerbe Grünbühl gewerblicher Bereich - Geothermische Rückkühlung Einbindung und Mitwirkung gewerblicher Betriebe Hoher Kühlbedarf bei Industrie und Gewerbe Effizienzsteigerung der Kälteerzeugung durch agrothermisches Kollektorfeld Dezentrale Abnehmer von Niedertemperaturwärme durch Wärmepumpen in Wohngebäuden Vernetzung der Rückkühleinrichtungen über ein Kaltnahwärmenetz mit Geothermieflächen und dezentralen Abnehmern Synergieeffekt Gärtnerei LowEx-Gewächshuas Wohnhaus-/Büro Kühlhaus 20 kw 20 kw 30 kw 200 kw ALDI 64 kw Biogas Anlage 30 kw Verfügbare Ackerfläche für die Geothermie: 6,5 ha Gewerbebetriebe in Grünbühl 31

32 Sozioökonomische Begleitung Bewohnerstruktur Einwohner (2012) Ausländeranteil: Grünbühl 29%, Sonnenberg 26%, Gesamtstadt 19% (2011) > 50% mindestens vier-personenhaushalte bis 3 3 bis 6 6 bis bis bis bis bis bis bis 80 über 80 Grünbühl (Einwohner) Sonnenberg (Einwohner) Zusammensetzung Einwohner bis 3 3 bis 6 6 bis bis bis bis bis bis bis 80 über 80 Ludwigsburg in % Grünbühl und Sonnenberg in % Zusammensetzung Einwohner, Stand 2011/12 Nationenstruktur Grünbühl-Sonnenberg 32

33 Sozioökonomische Begleitung Informations-, Beteiligungsansätze und Beratungsangebote Informations-, Beteiligungsansätze im Rahmen der Sozialen Stadt Informationsveranstaltungen, Runde Tische, Bewohnerbefragung, Planungswerkstatt, Schlüsselpersonen, Workshops Weitere Informations-, Beteiligungsansätze (umgesetzt und in Planung) Beteiligung Eichendorffschule Gruppen-Energieberatung Ausbildung von Schlüsselpersonen als Umweltschutzberater Quelle: Foto HFT Stuttgart Zukunftskonferenz Energie Quartiersmanagement LEA Beratung von Hauseigentümern und Gewerbetrieber zu Effizienzmaßnahmen und Förderangeboten 33

34 Sozioökonomische Begleitung Energie-Quartiers-Marketing Bezug zum Energiekonzept der Stadt Ludwigsburg herstellen Beteiligung und Aktivierung Sensibilisierung der Bewohner für das Thema Energieeffizienz durch Mitmachaktionen Bewusstsein für die Notwendigkeit für das Thema erhöhen Quelle: Foto Stadt Ludwigsburg Förderung der Quartiersidentität der Bewohner Übertragbare Handlungsempfehlungen herausarbeiten Evaluation Quelle: Foto Stadt Ludwigsburg 34

35 Sozioökonomische Begleitung Energie-Quartiers-Marketing Mitmachaktion, Gestaltung des BHKW Quelle: Foto Stadt Ludwigsburg Angebote Aktionstag Quelle: HFT Stuttgart Quelle: Foto Stadt Ludwigsburg 35

36 AP 1: Plusenergiesiedlung Sonneberg-Südwest AP 1.1 Plusenergiegebäude Gesamtsiedlung ca m² BGF Fläche des Gesamtgebiets (ohne das separat beschriebene Pilotprojekt Geschosswohnungsbau) ca m² Dachfläche mit PV ca. 300 kwpeak und eine Energieproduktion von circa 300 MWh pro Jahr Zusätzliche Fassadenintegration von PV für Plusenergie- Standard Innovative Gebäudetechnik für Niedertemperaturnetz (Warmwasserbereitung, Flächenheizung und Lüftung) Ressourcen schonende Errichtung der Gebäude durch Einsatz ökologischer Materialwahl und recycle fähige Konstruktionen Hoher Wärmedämmstandard Antragsskizze E+ Quartier Grünbühl / Sonnenberg - Plusenergiesiedlung Sonnenberg mit Niedertemperatur- Netzerweiterung zur LowEx-Wärmeversorgung - AP 3: Intelligentes Lastmanagement AP 3.1 Intelligentes Lastmanagement Strom und Wärme Intelligentes Speichermanagement im Wärmenetz Nutzung Erdsondenfeld der zentralen Wärmepumpe als Puffer für das BHKW ( Zeitweise stromgeführter Betrieb als Regelbarer Stromerzeuger ) Intelligente Steuerung der Lasten in den Haushalten AP 3.2: Elektromobilität und elektr. Speicherkonzepte Umsetzung Car / Bike Sharing Pool und Parkplätzen mit PV-Carport für 4 Elektroautos und 8 Pedelecs Bidirektionale Ladestationen Erhöhung PV Stromnutzung im Gebiet durch intelligentes Lademanagement der E-Fahrzeuge Vermeidung von CO2-Emissionen durch Verkehr AP 4: Planungs- und Handlungsleitfaden ökologisches Plusenergie-Quartier Darstellung der Entwicklung einer energetischen Umsetzungsstrategie für ein soziales Plusenergie- Quartier Darstellung technischer Methoden und ihrer Anwendbarkeit (3D-Stadtmodelle, Simulationsverfahren für Prognosen) Darstellung prozessualer Methoden (Einbindung der Akteure, Nutzer und Bewohner, Investoren) Themen: strategische Entwicklung, formelle/informelle Planungsinstrumente, Steuerungsansätze, Wärme, Strom, Elektromobilität, Soziale Folgewirkungen, Marketing, Öffentlichkeitsarbeit, Partizipation, Beratung, Sozioökonomie AP 1.2 Innovativer Geschosswohnbauten in Holzbauweise Modellcharakter für die Umsetzung in Grünbühl 25 Wohnungen (1 2-Zi-Whg / 9 3-Zi-Whg / 12 4-Zi- WHG und 3 5-Zi-Whg) mit zusammen ca m² Wohnfläche Ressourcen schonende Errichtung der Plusenergiegebäude durch Einsatz ökologischer Materialwahl und recycle fähige Konstruktionen SmartHome-Systeme: Eigenstromnutzung mit intelligentem prognosebasiertem Lastmanagement AP 2.3 Pilotprojekt Geschosswohnungsbau Versorgungstechnik und Integration erneuerbare Energien Plusenergiestandard mit 90 kwpeak PV an Dach und Fassade und 200 m² Solarthermie mit dezentraler Einspeisung ins Niedertemperatur Wärmenetz AP 2: LowEx-Wärmenetz Sonnenberg Süd-West AP 2.1: Niedertemperatur-Subnetz (40 C/20 C) - Rücklaufanschluss an das Mitteltemperaturnetz von Sonnenberg (70 C/40 C) - Netz-Übergabestation zum Hauptnetz mit Wärmespeicher und kleiner solarthermischer Anlage zur Analyse der Möglichkeiten zur direkten solaren Wärmeeinspeisung - Dezentrale Solarwärmeeinspeisung durch Solaranlage auf den WBL Gebäuden - Entwicklung und Integration innovativer Gebäudeübergabestationen für Niedertemperaturnetz Ausblick Stadtteil Grünbühl Neuordnung ehem. BImA-Flächen durch WBL Bis zu 400 neue Wohneinheiten Replikation der Modellgebäude zum ökologischen Plusenergie-Geschosswohnungsbau (AP 1.2) Ausbaupotential für Wärmenetz (AP 2) Lastmanagement und E-Mobility (AP 3)

37 Vielen Dank! 37

38 Fazit und Ausblick Umsetzungsphase 39

39 Ausblick 40

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