EIN GUTES KLIMA ZUM LERNEN UND LEBEN. Der energetische Umbau des Evangelischen Studentenwohnheims Mainz

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1 EIN GUTES KLIMA ZUM LERNEN UND LEBEN Der energetische Umbau des Evangelischen Studentenwohnheims Mainz

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3 INHALT Evangelisches Studentenwohnheim Mainz....7 Gemeinsam lernen, gemeinsam leben Es gab viel zu tun...13 Dreifach ist einfach besser Energiekosten halbiert, Energieversorgung klimaneutral Rede und Antwort Wirtschaftlichkeit des Umbaus...31

4 EVANGELISCHES STUDENTENWOHNHEIM Eine 35 Jahre alte Heizanlage und 6-stellige Heizkosten es war Zeit zu handeln. Die neue Solarthermie-Anlage plus Pelletheizung, Photovoltaik-Anlage und wirksamer Dachdämmung spart über die Hälfte der Heizkosten und ermöglicht praktisch klimaneutralen Betrieb. Das ist gelebte Verantwortung im Sinne unserer Schöpfung. MAINZ 7

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6 GEMEINSAM LERNEN, GEMEINSAM LEBEN Das Evangelische Studentenzentrum Mainz, direkt gegenüber der Mainzer Johannes-Gutenberg-Universität, besteht aus mehreren Gebäuden, in denen unter anderem das Evangelische Studierendenwohnheim, die Evangelische Studierendengemeinde mit ihrer Kirche und ihren Veranstaltungsräumen sowie der Studentenbar untergebracht sind. Die Propstei Rheinhessen und das Evangelische Schulamt mit ihrer Bibliothek haben ebenfalls ihren Standort auf dem Gelände. Den größten Anteil des Komplexes nimmt das Studentenwohnheim ein. Hier geht es nicht nur um Wohnen, sondern um Gemeinschaft. Pro Flur gibt es zehn Zimmer und drei Bäder sowie eine Gemeinschaftsküche. Insgesamt bietet das Wohnheim 119 Zimmer, 2 Appartements und 6 Familienwohnungen. Hier treffen sich über 130 Menschen aus vielen Ländern der Erde. Der Gebäudekomplex stammt aus dem Jahr 1969 und war damals architektonisch top-modern glücklicherweise, denn deshalb lebt es sich auch heute noch sehr gut hier. Um auch in Zukunft richtungweisend zu sein, wurde das Gebäude in den letzten Jahren energetisch saniert und mit einer großen Solarthermie-Anlage und einer Pelletheizung ausgestattet. Auf den neu gedämmten Flachdächern liefern jetzt mehrere leistungsfähige Photovoltaik-Anlagen mit 56 kwp zusätzlich Strom. 11

7 ES GAB VIEL ZU TUN»Es war klar, dass die Heizungsanlage grundlegend erneuert werden musste. Mein Wunsch war immer eine klimaneutrale Wärmeversorgung über Solarthermie und nachwachsende Rohstoffe.«Als seinerzeit vor über 45 Jahren die Heizzentrale eingerichtet wurde, war alles auf dem neuesten Stand. So zuverlässig die Anlage über die Jahrzehnte auch funktioniert haben mag inzwischen ist die Technik meilenweit vorangeschritten. Diesen Fortschritt galt es zu nutzen. Der dringend sanierungsbedürftige, rund 35 Jahre alte Niedertemperatur-Gaskessel erbrachte 415 kw. Über ihn lief die gesamte Heizung und Warmwasserbereitung (mit 1000-Liter-Warmwasserspeicher). Leider benötigte das Heizungssystem sehr hohe Temperaturen (konstant über 80 C), um an den entfernten Ausläufern der Heizstränge Wärmetauscher für Lüftungsanlagen (ausgelegt auf 70/55 C) zu bedienen. Entsprechend enorm war der Gasverbrauch: witterungsbereinigt ungefähr 1,36 Mio kwh/jahr, was allein im Jahr 2009 Kosten von rund Euro verursachte. Ebenfalls erschreckend hoch: die CO 2 -Emission von über 332 Tonnen pro Jahr. Stefan Schlimmer Geschäftsführer der Studierendenwohnheime der Evangelischen Kirche Hessen und Nassau Bei der Berechnung verschiedener Varianten (Gas-Blockheizkraftwerke und Gaskessel, Holzhackschnitzel, Holzpellets) durch das Ing.-Büro Ries Ende 2009/ Anfang 2010 kristallisierte sich die wirtschaftlichste Variante heraus, die auch so umgesetzt wurde: eine Kombination aus Gas-Brennwert-Spitzenlastkesseln, Pelletkessel und Solarthermie zum Abpuffern von eventuell auftretenden Engpässen

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9 DREIFACH IST EINFACH BESSER Direkt im Anschluss an die Konzeption erfolgte bis Mitte 2010 die Planung und Ausschreibung der Anlage durch das Ingenieurbüro Marquard. Ab August 2010 begannen der Umbau der Heizkessel, die Optimierung der Heizungsverteilung und der Bau der solarthermischen Anlage. Da die alte Heizungsverteilung auf hohe Systemtemperaturen ausgelegt gewesen war, mussten zunächst verschiedene Parameter auf die Nutzung von Solarwärme angepasst werden: Ausbau der 4-Wege-Mischer in den Unterverteilungen, um die Rücklauftemperaturen zu senken Einbau moderner Wärmetauscher für die Lüftungsanlagen, die auf 50/35 C ausgelegt sind Die vorhandenen Heizungsstränge wurden in den Wohnheimzimmern ausgetauscht, in den anderen Räumen gespült, gereinigt und vor allem hydraulisch abgeglichen In den öffentlich zugänglichen Bereichen wurden an den Heizkörpern Behördenventile installiert Durch diese Maßnahmen konnte die Systemtemperatur im gesamten Heizungssystem deutlich gesenkt werden Im Studentenwohnheim sorgt jetzt ein dreigleisiges System für bedarfsgerechte Heizwärme und warmes Wasser: Ein Pelletkessel mit 245 kw mit zwei Pufferspeichern von je Litern Zwei Gas-Brennwertgeräte mit je 65 kw zur Spitzenlastabdeckung Eine solarthermische Großanlage zur Warmwasserbereitung und solaren Heizungsunterstützung mit 105 m² Kollektorfläche und 6 Pufferspeichern mit je Litern; zusätzlich wurde der vorhandene 1000-Liter-Trinkwasserspeicher eingebunden, um Zapfspitzen abzupuffern Mit diesem Konzept können die Stärken der einzelnen Heizsysteme voll ausgenutzt werden: kostenlose Energie von der Sonne, eine nahezu CO 2 -neutrale Wärmeversorgung über Holzpellets und die schnelle Reaktionsfähigkeit der Gaskessel. Außerdem wird die Ausfallsicherheit durch drei unabhängige Systeme deutlich erhöht. 17

10 SOLARE EINSTRAHLUNG UND ERTRÄGE KWH Einstrahlung Solarertrag Anders als herkömmliche Systeme, die Solarwärme zunächst mit Verlusten zwischenspeichern, um sie dann an die Verbraucher zu verteilen, wird bei unserer Anlage die solare Wärme zuerst dem Modul Trinkwassererwärmung und Kaltwasseranschluss zugeführt. Je nach Temperaturdifferenz wird die Wärme entweder zur Beladung des Spitzenlastwarmwasserspeichers genutzt oder dem Zirkulationsrücklauf zugeführt. Die solare Wärme, die nicht unmittelbar zur Trinkwassererwärmung genutzt wird, wird über einen zweiten Wärmetauscher in die Heizkreise eingespeist. Erst die solare Wärme, die auch hier nicht verbraucht werden kann, wird in den Pufferspeichern gespeichert. Von dort aus kann sie bei Bedarf den Verbrauchern zugeführt werden. Dieses Prinzip optimiert den Nutzungsgrad der Solarkollektoren und verhindert auch Stillstände durch Übertemperaturen Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez CO 2 -Ausstoß (kg/a) Erdgas Pellets Strom DIE SONNE LACHT Im Jahr 2012 konnten kwh Solarenergie genutzt werden. Die Arbeiten in der Heizzentrale waren bereits Anfang Dezember 2010 abgeschlossen wurden dann auf den Flächen der Flachdächer, die nicht für die Solarwärmeanlage genutzt werden, Photovoltaik-Anlagen mit einer Leistung von insgesamt 56 kwp installiert CO 2 -Ausstoß vor der Umsetzung CO 2 -Ausstoß nach der Umsetzung WIR SPAREN CO 2 Durch den Umbau werden 93 % der CO 2 -Emissionen eingespart. 18

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12 ENERGIEKOSTEN HALBIERT, ENERGIEVERSORGUNG KLIMANEUTRAL Das Wichtigste zuerst: Der Umbau der Heizungsanlage hat die Energiekosten für Heizung und Warmwassererzeugung bereits im ersten Betriebsjahr um 55 % reduziert! Ein solcher Erfolg gleich zu Anfang war nicht zu erwarten gewesen umso positiver wurde er von allen Beteiligten registriert. Die thermische Solaranlage ging am 14. März 2011 in Betrieb und erreichte bereits im ersten Betriebsjahr eine solare Deckung von 9 % (Gesamtdeckung Heizung und Warmwasser). Der spezifische Kollektorertrag erreichte hervorragende 618 kwh pro m² Kollektorfläche und Jahr, sodass über kwh Sonnenwärme in das Heizungssystem eingespeist werden konnten (2012: kwh genutzte Solarenergie). Soviel erneuerbare Energie spart auch viel CO 2 ein. Vorher waren es 332,6 Tonnen CO 2 -Emissionen pro Jahr für Heizung und Warmwasser plus 69,8 Tonnen CO 2 für die Stromerzeugung im Kraftwerk. Durch die Umstellung der Heizungsanlage auf Holzpellets und den Einbau der Solaranlage konnte der CO 2 -Ausstoß für die Wärmeerzeugung auf 26,1 Tonnen CO 2 pro Jahr reduziert werden: 92 % weniger Emissionen! Und weil seit dem Umbau der Ökostrom-Anbieter Lichtblick den Strom liefert, wurde der CO 2 -Ausstoß für den Stromverbrauch rechnerisch auf 0,4 Tonnen pro Jahr gesenkt: eine Reduzierung um über 99 %! Der gesamte CO 2 -Ausstoß (Beheizung und Strom) beläuft sich damit nur noch auf 26,5 Tonnen/Jahr rund 94 % weniger als früher. Aber das ist noch nicht alles: Die Photovoltaikanlagen erzeugen pro Jahr kwh Strom klimaneutral, das sind rund 40 % des benötigten Stroms im Studentenwohnheim oder 28 Tonnen CO 2 -Ausstoß pro Jahr weniger in konventionellen Kraftwerken. Das wirkt als Ausgleich für den restlichen CO 2 -Ausstoß für Gasverbrauch, Erzeugung und Transport der Pellets und die Stromversorgung, sodass die gesamte Energieversorgung des Gebäudekomplexes jetzt komplett klimaneutral erfolgt!

13 TEIL DER ALTEN ANLAGE Im Rahmen des Umbaus wurden die bestehenden Heizungsverteilungen mit hoch effizienten Umwälzpumpen ausgestattet, neu gedämmt und hydraulisch abgeglichen. TEIL DER NEUEN ANLAGE Hier erfolgt die Verteilung der Sonnenwärme auf Warmwasser, Heizung, Zirkulationsrücklauf und Pufferspeicher.

14 REDE UND ANTWORT Stefan Schlimmer, Geschäftsführer der Studierendenwohnheime der Evangelischen Kirche Hessen und Nassau, ist stolz auf den energetischen Umbau des Evangelischen Studentenwohnheims Mainz. Aus gutem Grund: Schon im ersten Jahr haben sich die Heizkosten mehr als halbiert, die Investition wird sich in Rekordzeit amortisieren und bedeutet danach echte Ersparnis im laufenden Betrieb. Wir fragten: Herr Schlimmer, was war der Anlass für diesen Umbau? Mein Wunsch war immer eine klimaneutrale Wärmeversorgung über Solarthermie und nachwachsende Rohstoffe bekamen wir von der rheinland-pfälzischen Landesregierung die Zusage für Mittel aus dem Konjunkturprogramm II. Außerdem haben wir Finanzmittel aus dem Ökofonds der Evangelischen Kirche in Hessen und Nassau erhalten. Mit diesen beiden Finanzierungen im Rücken konnten wir unser energetisches Konzept für unser Wohnheim umsetzen. Was genau wurde getan? Wir haben die alte, sehr energieintensive Heizungsinstallation durch ein modernes System ersetzt. Eine technisch hoch komplexe Steuerungsanlage regelt das System von Pelletheizung und Solarwärme auf effektivste Weise. Wie stellt sich heute die Situation dar? Die Energie für das Warmwasser für Heizen und Duschen stammt aus Holz und Sonnenwärme. Zusätzlich betreiben wir eine Photovoltaikanlage, die uns elektrische Energie produziert. Außerdem haben wir das Dach mit einer dicken Dämmschicht eingepackt, um keine wertvolle Wärme aus dem Gebäude zu verlieren. Und die Emissionen? Unsere moderne und effektive Heizungsanlage reduziert die CO 2 -Emissionen der Heizung bis auf nahezu Null. Das heißt, das Fazit ist durchweg positiv? Absolut! Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Projekt wirtschaftlich, energetisch und ökologisch ein voller Erfolg war. Ich bin froh zu sehen, dass der Anspruch der Kirche, die Schöpfung zu bewahren und das Klima zu schützen, auch aus wirtschaftlicher Sicht sinnvoll umgesetzt werden kann

15 DAS HERZSTÜCK Die solarthermische Anlage mit insgesamt 105 m² Kollektorfläche bildet das Herzstück der Anlage. (Abbildung rechts: Stefan Schlimmer im Gespräch mit Energieberater Sebastian Ries.)

16 WIRTSCHAFTLICHKEIT DES UMBAUS»Selbst ohne die wichtige Förderung des Landes Rheinland- Pfalz hätte sich eine gute Amortisationszeit von weniger als zehn Jahren ergeben, dabei wurden die Kosten für den ohnehin notwendigen Austausch des alten Gaskessels noch nicht einmal mit eingerechnet. Dass wir rechnerisch jetzt klimaneutral heizen und sogar den CO 2 -Ausstoß des Stromverbrauchs kompensieren können, übertrifft unsere Erwartungen.«Stefan Schlimmer Geschäftsführer der Studierendenwohnheime der Evangelischen Kirche Hessen und Nassau Die Energiekosten für die Beheizung des Komplexes betrugen vor dem Umbau der Heizungsanlage pro Jahr, seit dem Umbau ca pro Jahr. Die Bruttokosten für den Umbau der Heizungsanlage inklusive Solaranlage, Planungskosten und Optimierung der bestehenden Anlagenteile betrugen rund Die Maßnahme wurde durch das Land Rheinland-Pfalz im Rahmen des Konjunkturprogramms II mit bezuschusst. Dadurch ergibt sich eine sensationelle statische Amortisationszeit von 4,2 Jahren: In dieser vergleichsweise kurzen Zeit werden die Investitionskosten durch die erzielten Einsparungen gedeckt. Dabei ist in der Berechnung der statischen Amortisationszeit die jährliche Energiepreissteigerung noch gar nicht berücksichtigt; je höher die Energiepreise steigen, desto größer fällt die relative Ersparnis aus. Es ist in jeder Hinsicht positiv zu sehen, wie eine mutige Entscheidung zugunsten einer notwendigen Investition (neue Heizung) durch kluge Planung und technische Raffinesse zu einer wahren Erfolgsgeschichte in jeder Hinsicht werden kann. Wir sind dankbar, dass alles so gut gelungen ist

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18 DANKSAGUNG IMPRESSUM Unser Dank gilt allen, die dieses erfolgreiche, wichtige und wegweisende Projekt möglich gemacht haben! Stellvertretend für Sie alle seien namentlich erwähnt: Ingenieurbüro für Energieberatung und Gebäudetechnik, Dipl.-Ing. Sebastian Ries Ingenieurbüro Technik und Gebäudeausrüstung Dipl. Ing. Kai Marquard Herausgeber: Die Evangelischen Studentenwohnheime der Evangelischen Kirche in Hessen und Nassau. Geschäftsführer: Stefan Schlimmer Layout: Pikdrei Agentur für visuelle Kommunikation Bildnachweis: Andrea Braum-Weygand Druck: Color Druck Solutions GmbH Auflage: Stück Mainz, Januar 2015 Betreuer der Bauabteilung der Evangelischen Kirche von Hessen und Nassau für unser Studentenwohnheim, Dipl.-Ing. Joachim Benz

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