Gesamtkonzept zur Effizienzsteigerung des Klosterdorfes St. Ottilien

In dem Klosterdorf St. Ottilien führte die FfE GmbH ein ganzheitliches Konzept zur Effizienzsteigerung der Energieversorgung und Energieeinsparung durch. St. Ottilien besteht aus 45 Gebäuden unterschiedlicher Bauperioden und Gebäudetypen mit den Hautgebäuden Kloster, Exerzitienhaus und Gymnasium. Die Gebäude wurden zu Beginn der Studie mittels drei Heizzentralen mit  jeweils zwei Ölheizkessel und zusätzlich einem kleinem Hackschnitzel-Kessel mit Wärme versorgt.

Grundlegende Fragestellung war, wie die Energiekosten  unter Einbezug einer energetischen Sanierung des Klosterdorfes und der Optimierung bzw.  Erneuerung der Energieversorgung nachhaltig reduziert werden können. Zunächst wurde der Ist-Zustand ermittelt, die Ergebnisse und Messdaten analysiert und bewertet, sowie Maßnahmen zur Verbesserung der Situation vorgeschlagen. Es entstand ein Gesamtkonzept das durch einen energieeffizienteren Betrieb, zu einer erheblichen Reduzierung der CO2-Emissionen und deutlichen Einsparungen der jährlichen Kosten führte. Die neue Energieversorgung beruht nicht auf dem Status quo, sondern ist auf den Bedarf nach allen Sanierungs- und Optimierungsmaßnahmen ausgelegt.

Sanierung des Gebäudebestandes

Zu Beginn der Durchführungsmaßnahmen wurde neben der Optimierung und Erneuerung der Energieversorgung ein Sanierungskonzept für den Gebäudebestand erarbeitet, da hier bei vergleichsweise geringen Investitionskosten deutliche Energieeinsparungen möglich sind. Um den unterschiedlichen Sanierungsbedarf im Gebäudebestand darzustellen,  wurden die größten Schwachstellen, wie beispielsweise Fenster, Dächer und Wärmebrücken in einer ersten Bestandsaufnahme durch eine Klassifizierung des Zustands und zusätzlichen Thermografieaufnahmen identifiziert.

In Tabelle 1 ist die Bewertung durch eine Vor-Ort-Begehung einzelner Gebäudeteile dargestellt, nach deren Notwendigkeit die Sanierung durchgeführt wurde. Dabei stellt „A“ einen niedrigen und „C“ einen hohen Sanierungsbedarf dar.

Tabelle 1: Klassifizierung des Zustands des Klosters

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In Abbildung 1 ist der Unterschied zwischen der Parallelschaltung zweier Heizkessel (rot) und nach Abschaltung eines Heizkessels (grün) dargestellt. Durch die Abschaltung kann bis zu 12 % des jährlichen Heizölbezugs gespart werden.

Weitere messtechnische Analysen an den Ölzählern in den Wintermonaten 2006 und 2007 und die Berechnung des Wärmebedarfs zeigten, dass die erforderliche Wärmeleistung bei -16°C ca. 2300 kW beträgt (ursprünglich installierte Leistung: ca. 4000 kW).

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Abbildung 1: Wirkungsgradvergleich unterschiedlicher Kesselfahrweisen

Die Thermographieaufnahme des Exerzitienhauses in Abbildung 2 zeigt zwei Gebäudetrakte, von denen der linke bereits wärmetechnisch saniert wurde („A“), der rechte nicht („C“). Es ist deutlich zu erkennen, dass der sanierte Teil viel weniger Wärme abstrahlt. Die Temperatur der Außenfassade beträgt etwa -6°C. Die Fassadentemperatur des unsanierten Gebäudeabschnitts dagegen beträgt in etwa -2°C. Es sind deutlich Schwachstellen unterhalb der Fenster in den Heizkörpernischen auszumachen.

Bei der Sanierung des Gebäudebestands des Klosters St. Ottilien wurde auf Substanzerhaltung, Behaglichkeitssteigerung, Betriebskostensenkung und gebäudetypische Sanierung geachtet.

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Abbildung 2: Thermographieaufnahme des Exerzitienhauses in St.Ottilien

 

Optimierung der Wärmeerzeugung

Ein weiteres Optimierungspotenzial lag in der Wärmeenergieversorgung. Um die enormen Heizkosten zu charakterisieren, wurden messtechnische Analysen an den installierten Ölheizkesseln durchgeführt. Es stellte sich nach Auswertung der Abgastemperaturen der einzelnen Kessel in den Heizzentralen heraus, dass die Regelungstechnik nur unzureichend bzw. gar nicht funktionierte. Einerseits folgte der jeweils kleiner dimensionierte Kessel einer gewissen Regelstrategie, jedoch taktete der zweite Kessel im Minutenturnus und versuchte sogar die gezielt eingestellte Nachtabsenkung auszugleichen. Daraus ergaben sich schlechte Teillastwirkungsgrade durch Wärme- und Anlaufverluste.

Abbildung 3 zeigt ein Ergebnis der verbesserten Regelung: Heizölkessel 3 wird in Abhängigkeit des Ladezustandes des Pufferspeichers betrieben. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass der Heizölkessel nur drei Mal pro Tag taktet, wodurch die Anlaufverluste minimiert werden. Erreicht der Pufferspeicher 0 % Beladung, so wird der Kessel zugeschaltet, um eine Unterversorgung des Netzes zu vermeiden. Daraufhin wird der Pufferspeicher geladen. Erreicht der Pufferspeicher ca. 65 % Ladung, so wird der Kessel wieder abgeschaltet.

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Abbildung 3: Schalten des Heizölkessels 3 in Abhängigkeit des Pufferladezustands

Durch Abschaltung eines Heizölkessels pro Heizzentrale und einer überarbeiteten Regelung konnte der Heizenergieverbrauch um ca. 40 %, die jährlichen Energiekosten um ca. 120.000 €, sowie die CO2-Emissionen um 540 t/a reduziert werden.

Nutzung regenerativer Energieträger

Auf Basis der Messergebnisse und weiteren Untersuchungen wurde zur Nutzung regional verfügbarer nachwachsender Rohstoffe die Wärmeversorgung aus fossilen Energieträgern durch den Bau eines Hackschnitzel-Heizwerkes mit einem Öl-Spitzenlastkessel reduziert. Dabei wurden die vorhandenen Heizzentralen in Unterzentralen umgebaut und ein Nahwärmenetz zur Einbindung des Hackschnitzel-Heizwerkes in die Wärmeversorgung integriert.  Um Leistungsspitzen ausgleichen zu können, wurde ein Spitzenlastkessel mit 900 kW aus dem Bestand umgebaut. Ca. 80 % der Gesamtenergie im Jahr 2009 konnte mit Holzhackschnitzeln erzeugt werden, nur 20 % der Gesamtenergie wurde durch die Heizöl-Spitzenlastkessel bereit gestellt.

Im weiteren Vorgehen zur Energieeffizienzsteigerung und weiteren CO2-Einsparungen im Klosterdorf St. Ottilien wurden Möglichkeiten der zukünftigen Energieversorgung gesucht. Mit Hilfe der Jahresdauerlinie, welche sich aus gemessenen Lastgangsdaten zusammensetzt, wurde eine Anzahl von Jahresvolllaststunden der zur Grundlastdeckung vorgesehenen Anlage festgelegt. Aufbauend auf der Jahresdauerlinie und nach einer Wirtschaftlichkeitsberechnung sowie der Berücksichtigung aller ökologischen Gesichtspunkte wurde eine Biogasanlage (250 kWel) für eine gekoppelte Wärme- und Stromerzeugung unter mehreren innovativen Technologien ausgewählt.

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Abbildung 4: Aufbau Biogasanlage /FNR 07/

Zur Auslegung des Biogas-BHKW erfolgten neben der Berechnung des Lastgangs, eine Potentialabschätzung örtlich nachwachsender Rohstoffe und der Verwertung von Gülle. Nach der Fertigstellung der Biogasanlage (2010/2011)  wird damit gerechnet, dass nur noch bei Temperaturen unter -5°C mit dem Heizöl-Spitzenlastkessel zugeheizt werden muss.

Das Klosterdorf St. Ottilien deckt heute seinen Energiebedarf fast CO2 neutral. Mit Hilfe der durchgeführten Analysen wurde ein Konzept zur Minimierung des Wärmeenergiebedarfs durch Gebäudesanierung und einer Optimierung der Wärmeversorgung zur CO2-Reduzierung um 90 %, einer Kraft-Wärme-Erzeugung aus Biogas mit einer Wärmenutzung von ca. 90 % und einer  fast 100 %-igen Stromerzeugung des Klosters aus einer Biomasse-KWK-Anlage umgesetzt.

Die FfE GmbH begleitete die Maßnahmenumsetzung des Gesamtkonzeptes durch wissenschaftliche Studien.


Projektlaufzeit: 2007 bis 2011


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