Nahwärme aus Abwasser im Neckarpark Stuttgart Hans Erhorn / Dr. Jürgen Görres Fraunhofer IBP/ Landeshauptstadt Stuttgart Statusseminar Energieforschung für die Wärmewende Frankfurt, 19.-20. April 2016
Neckarpark: Ziel des Vorhabens Energieoptimierte Gebäude signifikante Unterschreitung Anforderungen: EnEV14-45% Innovatives neues Nahwärmenetz: Versorgung mit Wärme aus dem städtischen Abwasser Statusseminar EnEff:Wärme 2016 2
22 ha Brachfläche Hauptabwasserkanal DN 2100 Neues Stadtquartier für 450 bis 600 Wohneinheiten und Dienstleistungsbetriebe (ehemaliger Güterbahnhof Bad Cannstatt)
Wärmetauscher außerhalb Kanal außerhalb Kanal
Wärmetauscher im Kanal Bedingung: Fließgeschwindigkeit ausreichend um Ablagerungen zu verhindern/abzuspülen Gefälle: 0,2 2,5 Quelle: Klinger und Partner, Stuttgart
Spülschild zum Abschwemmen von Ablagerungen Quelle: Klinger und Partner, Stuttgart
spezifische Investitionskosten [ /kw] Investitionskostenvergleich Rinne und Bypass 1.600 1.400 1.377 1.311 Rinnenwärmetausc Bypass 1.200 1.046 1.059 1.057 1.000 800 912 825 952 600 400 200 0 1.056 1.590 2.187 3.108 Entzugsleistung [kw] Berechnung: Klinger und Partner, Stuttgart
Neckarpark Wärmeversorgung Energiezentrale SWSG kanalintegrierter Wärmetauscher Stadtarchiv Spülschild Turnhalle Hauptsammler bisherige Trasse verlegte Trasse
Entzugsleistung [kw] Größenvergleich 2.000 Neckarpark 1.500 1.000 500 bestehende Anlagen 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1.0001.100 Länge Wärmetauscher [m]
Vergleich mit anderen Systemen gemittelter Wärmegestehungspreis Variante 2016 2036 Preissteigerung 1. Abwasserwärme 18,7 Cent/kWh 35,1 Cent/kWh 3,3 %/a 2. Fernwärme 17,1 Cent/kWh 42,1 Cent/kWh 4,6 %/a 3. Gas-Brennwertkessel 16,1 Cent/kWh 31,2 Cent/kWh 3,4 %/a 4. Groß-BHKW 15,1 Cent/kWh 28,9 Cent/kWh 3,3 %/a 5. Abwasserwärme+BHKW 15,0 Cent/kWh 26,5 Cent/kWh 2,8 %/a inkl. Kapital-, Betriebs- und Energiekosten
Rechtliche Regelungsmöglichkeiten Satzung Bebauungsplan Städtebaulicher Vertrag Kaufvertrag Energetische Qualität von Gebäuden Anschluss an Wärmenetz technische Maßnahme für erneuerbare E. 11 GemO i.v. mit 16 EEWärmeG 9 Abs. 1 Nr. 23 b) BauBG 11 Abs. 1 Nr. 5 BauBG 11 Abs. 1 Nr. 4 BauBG 11 Abs. 1 Nr. 4 BauBG Umsetzung im Quartier Neckarpark: Satzung zum Anschluss- und Benutzungszwang Bebauungsplan für solare Nutzung der Dachflächen (Photovoltaik) Kaufverträge Anschluss Wärmenetz und EnEV14-45%
Raumbedarf Heizzentrale Flächenbedarf 300 m 2
Heizzentrale gebäudeintegriert 12 m + x 21 m 3,9 m 4,9 m ~ 47 m
Aktuelle Kostenschätzung Energiebedarf/-erzeugung Wärmebedarfsleistung Abwasser/Wärmepumpe BHKW Wärmeerzeugung Wärmelieferung 7.000 kw 2.100 kw 380 kw 9.400.000 kwh 8.800.000 kwh Investitionskosten Zentrale Wärmeversorgung Bau 9,5 Mio. Zentrale Wärmeversorgung Planung 1,8 Mio. Heizzentrale Planung+Bau 0,9 Mio. Personal/Sachmittel 0,3 Mio. Summe Investitionen 12,5 Mio. Mittlerer Wärmepreis 15 Cent/kWh
Entwicklung 2016-2018 1. Straßenbau Heizzentrale 1. Wärmeleitung Q10 Bau ab 6.2017 Zauneidechsen SWSG Stadtarchi v Potenzialflä che in.stuttgart Gasanschluss
Aufsiedelungsszenario Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q6.1 Q7 Q8 Q9 Q10 Q11 Q12 Q13 Q14 Q15 Q16 Q17 Q18 Q19 Q20 Q22 Q21 Potenzialfläche Veranstaltungen Baubeginn: Mehrgenerationenhaus Wohn-/ Geschäftshaus Geschäftshaus Baugemeinschaft Wohnen Bildungszentrum Wohnen Gewerbe Geschäftshaus Geschäftshaus 2017 2018 2019 2020 2021
Projektpartner Förderung durch das BMWi weiterer Förderbescheid für Kooperationspartner Fraunhofer-Institut für Bauphysik Ingenieurbüros
EnEff:Stadt Energiekonzept-Berater für Stadtquartiere Statusseminar EnEff:Wärme 2016 18
Einteilung des Quartiers in Typgebäude Baufeld Nutzung Typgebäude Q1 Büro Glasfrontbüro Dienstleistung Supermarkt Q2 Wohnen MFH-Block Q3 n.b. Q4 Büro Glasfrontbüro Q5 Wohnen MFH-Block Kita Kita Fitness - Q6-Q6.1 Ärztehaus - Dienstleistung - Wohnen MFH-Block Q7 Büro Glasfrontbüro Q8 Büro Glasfrontbüro Q9 Sportklinik - Schule Schule Q10 Kita Kita Sporthalle Sporthalle Q11 Wohnen MFH-Block Q12 Wohnen MFH-Block Q13 Wohnen MFH-Block Q14 Gewerbe n.b. Wohnen MFH-Block Q15 Wohnen MFH-Block Q16 Gewerbe n.b. Q17 Gewerbe n.b. Q18 Gewerbe n.b. Q19 Hotel 5-Sterne Hotel Q20 Hotel 2-Sterne Hotel Q21 Technologiezentrum n.b. Q22 Sportbad n.b. Statusseminar EnEff:Wärme 2016 19
Quartiersvarianten Variante V1 Variante V2 Statusseminar EnEff:Wärme 2016 20
Endenergiebedarf Gebäude [MWh/a] spez. Endenergiebedarf Gebäude [kwh/m²a] Ergebnis Gebäudeenergiebedarf Endenergiebedarf absolut Heizung + DHW Kühlen sonst. Strom Spez. Endenergiebedarf Heizung + DHW Kühlen sonst. Strom 35.000 200 30.000 180 160 25.000 6.844 140 38 20.000 380 7.744 120 100 2 43 15.000 877 80 5 10.000 21.043 60 117 14.870 40 83 5.000 20 0 0 Variante 1 Variante 2 Variante 1 Variante 2 Statusseminar EnEff:Wärme 2016 21
Mehrkosten Baukonstruktion [ /m² NGF] Amortisationszeit in Jahren [-] Wirtschaftlichkeitsberechung/ Amortisation 200 Mehrinvest EnEV2009 auf EnEV-40%/m²NGF Mehrinvest EnEV2009 auf Passivhausniveau/m²NGF Amortisationszeit EnEV2009 auf EnEV-40% Amortisationszeit EnEV2009 auf Passivhausniveau 20 180 179 18 160 16 140 129 133 14 120 12 13 12 116 12 100 10 80 60 78 60 59 9 7 82 9 49 6 9 76 75 8 6 6 8 57 7 9 8 6 40 35 32 4 20 2 0 Statusseminar EnEff:Wärme 2016 22 0 MFH Glasfrontbüro Normalbüro Schule Hotel Sporthalle Kita
Ergebnisse der Wirtschaftlichkeitsberechnung Statusseminar EnEff:Wärme 2016 23
Neckarpark Monitoringkonzept Bilanzierungsraum vom Einzelgebäude zum Stadtquartier Statusseminar EnEff:Wärme 2016 24
Neckarpark Monitoringkonzept Grundgedanken zum Messkonzept: Einzelgebäude Messung pro Gebäudeübergabe (Wärme + Strom) Messung pro Nutzungseinheit (Wärme + Strom) Netz Messung Netzeingangs- und Ausgangsparameter Leitungsverluste Berechnung durch Projektteam Geförderte Technologien Messtechnische Bewertung Statusseminar EnEff:Wärme 2016 25
Neckarpark Monitoringkonzept Netz: Messung Netzeingangs und Ausgangsparameter Energieversorger Monatsweise Angabe der bereitgestellten Gesamtenergie und Energiemengen je Energieträger im betrachteten Gebiet Angabe der durchschnittlichen Jahresprimärenergiekennzahl Komponenten Versorgung: Kanalintegrierter Wärmetauscher Energiezentrale Übergabestation je Block Einzelgebäude Nutzungseinheit Netzeingangs- und Netzausgangsparameter Messung Wärmemenge im zulaufenden Netz sowie im abgehenden H T - und N T -Netz von Heizzentrale bis Nutzungseinheit Statusseminar EnEff:Wärme 2016 26
Neckarpark Monitoringkonzept Abwasserwärmetauscher: Stromverbrauch der Umwälzpumpen Wärme-/Kältemengen je Zwischenkreislauf / Abwasser-WT- Abschnitt Wärmepumpe (3 Stück) Stromverbrauch, Wärmeabgabe BHKW (2 Stück) Gasverbrauch, Stromproduktion, Wärmeabgabe Gasbrennwertkessel (2 Stück) Gasverbrauch, Stromverbrauch, Wärmeerzeugung Heiz- / TWW-Kreisläufe Stromverbrauch der Umwälzpumpen Pufferspeicher (3 Stück) Wärmemengenzähler Speichereingang und Speicherausgang Mess- und Regeltechnik Stromverbrauch MSR-Schrank Netz und Erzeugung Statusseminar EnEff:Wärme 2016 27
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