Unabhängigkeit für Caritas-Kinderdorf

Regenerative Energien decken über 60 Prozent des Wärmebedarfs
Caritas Linderdorf Marienstein Aussenanlage (PresseBox) (Dollnstein, ) Das Caritas-Kinderdorf Marienstein im bayerischen Eichstätt ist eines der ersten öffentlichen Gebäude, das auf regenerative Energien setzt und sich weitgehend selbst mit Wärme versorgt. Solarthermie-Anlagen in Verbindung mit Hybridwärmepumpen machen die weitläufige Einrichtung von März bis Oktober vollständig unabhängig von dem örtlichen Fernleitungsnetz und reduzieren darüber hinaus den CO2 Ausstoß um 50 Prozent.

In acht Gebäuden bietet das Kinderdorf Raum für Heilpädagogische Wohn- und Tagesstätten, Therapie- und Beratungseinrichtungen sowie eine private Grund- und Hauptschule. Rund 190 Kinder und Jugendliche sind hier gemeinsam mit Pädagogen und Betreuern im Tagesbetrieb anwesend.

Das neue Heizungs- und Warmwasserkonzept der Firma Ratiotherm Heizung und Solartechnik sorgt in den Gebäuden auf einer Gesamtfläche von über 14.180 Quadratmetern für behagliche Wohn- und Arbeitstemperaturen und stellt täglich über 4.750 Liter Frischwasser bereit. Um die für Heizung und Warmwasser notwendige Wärme zu generieren, kombinierten die Heizungsspezialisten in Zusammenarbeit mit dem Planungsbüro Team für Technik solarthermische Kollektoranlagen mit ihrer patentierten Oskar Schichtspeichertechnologie sowie den von ihnen entwickelten Hybrid-Wärmepumpen. Ausgeklügelte Regelungstechnik erfasst alle angeschlossenen Wärmequellen, steuert die Wärmespeicher und erfasst sämtliche Verbräuche.

„Bei unserem ersten Besuch im Kinderdorf war auf den ersten Blick klar, wie eklatant die Wärmeverluste über das Fernwärmenetz waren: Mit bloßem Auge war sichtbar, wo diese Leitungen unter dem Gelände hindurchführten, denn dort war der Schnee geschmolzen“, erinnert sich Alfons Kruck, Leiter Forschung und Entwicklung sowie Gründer der Firma Ratiotherm. „Unser Ziel war es, das Dorf zuverlässig und effizient mit Energie zu versorgen. Die wichtigsten Voraussetzungen dafür waren zum einen die größtmögliche Unabhängigkeit von diesem 40 Jahre alten, ineffizienten Netz; zum anderen eine hohe Deckung des Bedarfs durch regenerative Energien und dadurch eine wesentliche Einsparung von Kosten.“ Neben modernster Anlagentechnik und klug aufeinander abgestimmter Komponenten, bietet die zentrale Regelung- und Steuerung die Möglichkeit, situationsbezogen sämtliche Verluste sogleich zu erkennen, sei es durch laufende Wasserhähne oder offene Fenster, aber auch eine Mangelversorgung kann sofort identifiziert werden.


Oskar Schichtspeicher stellt Wärme aus jeder Energiequelle zur Verfügung

Kernstücke der neuen Heizanlage sind die Oskar Schichtspeicher. In diesen wird die vor Ort gewonnene Wärme dezentral eingelagert und steht bei Bedarf – sei es für Heizung oder Warmwasser - zur Verfügung. Insgesamt sieben Wärmespeicher, fünf zu je 2.000 Liter und zwei zu je 740 Liter, sind auf verschiedene Gebäude verteilt.

Die Speicher sind Voraussetzung dafür, auch solche Energiequellen nutzen zu können, die nicht auf Knopfdruck zur Verfügung stehen. Sie gleichen den Unterschied aus zwischen den Zeiten, in denen beispielsweise die Sonne scheint und damit ihre Wärmeenergie anfällt und jenen, in denen diese Energie benötigt wird, beispielsweise beim abendlichen Duschen oder Heizen der Zimmer.

Oskar ist ein Energiemanager. Der patentierte thermohydraulische Schichtspeicher integriert jede Art von Wärmeerzeuger. Seine Stärke liegt darin, die eingehende Wärmeenergie maximal effizient zu organisieren. Dazu macht er sich auf intelligente Art und Weise einfache physikalische Eigenschaften des Wassers zu Nutze: Ein spezieller Einsatz in der Mitte des Speichers gewährleistet ein langsames Einströmen des Wassers beim Be- und Entladen. Dank der Schwerkraft sortiert sich das Wasser in den schneckenförmigen Kammern dieses Einsatzes vor. Anschließend schichtet es sich in die entsprechende Temperaturzone des Speichers ein. Dieses gezielte Be- und Entladen stellt dem Verbraucher ganz ohne aufwändige Regelungstechnik den größtmöglichen Wärmegewinn aus jeder angeschlossenen Energiequelle zur Verfügung. Im Vergleich zu anderen Speichern ermöglicht dieses Patent Einsparungen bis zu 30 Prozent.


Doppelte Sonnennutzung sorgt für behaglichen Wohnkomfort

In Marienstein speisen neben den Solarkollektoren 13 Hybrid-Wärmepumpen und ein zentraler Gasbrenner die sieben Speicher mit warmem Wasser.

Die nach Süden ausgerichteten und mit 45° Neigung auf den Dächern aufgeständerten Flachkollektoren bilden insgesamt eine 130 Quadratmeter große Sammelstelle für Sonnenwärme. Wie bei herkömmlicher Nutzung solarer Wärme üblich, werden die Kollektortemperaturen über 40°C dem Heizsystem direkt zugeführt und in dem Schichtspeicher in der entsprechenden Temperaturzone eingelagert.

Für eine effiziente Nutzung der über die Kollektoren gewonnenen Wärme sorgen zudem die von Ratiotherm entwickelten Wärmepumpen Oskar Max-Sol². Als so genannte Hybridwärmepumpe kombiniert ihre patentierte Verdampfereinheit die Energiequellen Außenluft mit den Solarkollektoren. Durch die Kombination der beiden Energiequellen Außenluft und solare Wärme führt die Hybridwärmepumpe dem Heizsystem zusätzlich die niedrig temperierten Wärmegewinne aus den Solarkollektoren (Temperaturen <40° C) zu, die bei herkömmlichen solarthermischen Anlagen ungenutzt bleiben. Die Hybridwärmepumpe verbindet die aus dem Sonnenlicht gewonnene Energie direkt mit dem Kältekreislauf und hebt so die Temperatur des Verdampfers an. Im Vergleich zur Außenluft ist die Temperatur erhöht und optimiert auf diese Weise die Leistungsfähigkeit des Verdampfers um bis zu 30 Prozent. Insgesamt 13 dieser hocheffizienten Wärmepumpen liefern in Marienstein Energie für Heizung und Warmwasser.

Die Kombination aus Kollektoranlage und Wärmepumpe führt zu einer zweifachen Effizienzsteigerung: Neben den so gewonnenen deutlich höheren Leistungszahlen der Wärmepumpe verdoppelt sich der Kollektorertrag aufgrund der erheblichen Erweiterung des nutzbaren Temperaturspektrums. Selbst diffuse Lichteinstrahlung auf die Kollektoranlage, beispielsweise an bewölkten Tagen, reicht aus, um die notwendigen Temperaturen für die neuartige Verdampfereinheit der Wärmepumpe zu liefern. So nutzt die Hybrid-Wärmepumpe alle zur Verfügung stehenden natürlichen Energiequellen und schafft auf diese Weise ganzjährig hohe Heiztemperaturen. Und das vollständig ohne elektrische Zusatzheizung (Heizstab). Die verbleibenden, geringen Mengen Strom für die Wärmepumpen liefert die Photovoltaik-Anlage, die ebenfalls auf den Dächern der Gebäude installiert ist.



Einsparung von über 63 Prozent

Sorgte vor der energetischen Sanierung im Kinderdorf eine herkömmliche Gasheizung mit einem Jahresverbrauch von 220.000 Kubikmeter Gas für die notwendige Wärme, so deckt die Einrichtung heute ihren Jahreswärmebedarf größtenteils mittels alternativer Energien und spart mehr als 63 Prozent Gas ein. Nur in der sonnenärmeren Jahreszeit, dann wenn die Temperaturen dauerhaft unter 3°C sinken, kommt der zentrale Gas-Brennwertkessel zum Einsatz. Dieser versorgt das gesamte Dorf. Bei Bedarf ergänzt er die Solarwärmeanlagen und die Hybridwärmepumpen. Das neue Heizkonzept senkt den ursprünglichen Gasverbrauch von über 220.000 Kubikmetern auf insgesamt etwa 80.000 Kubikmeter.



Frischwasserbereitung – Sauber und klar

Auch die Wasserversorgung war Teil des Auftrags. Die Trinkwasserverordnung verpflichtet Verwalter und Eigentümer von Gebäuden, eine entsprechende Qualität des Trinkwassers sowohl im Kalt- als auch im Warmwasser an jedem Punkt und zu jeder Zeit zu gewährleisten. Jährliche Legionellenuntersuchungen sind zwingend vorgegeben.



Das Kinderdorf benötigt täglich 4.750 Liter Frischwasser zum Baden, Duschen, Kochen und Trinken. Um eine konstant hohe Wasserqualität zu garantieren, installierte Ratiotherm in jedem der Wohngebäude sowie im Schulgebäude Frischwasserkaskaden. Die von den Spezialisten entwickelten Frischwassererwärmer der Oskar-Familie sind hochleistungsfähige Durchlauferhitzer. Sie nutzen zur Erwärmung des frischen Wassers das im Oskar Schichtspeicher eingelagerte heiße Wasser. Statt warmes Wasser für den täglichen Gebrauch in entsprechender Temperatur vorzuhalten und damit ein erhebliches Gesundheitsrisiko (Legionellen) einzugehen, erhitzt die Kaskade das Wasser erst kurz von dem eigentlichen Gebrauch. Die strömende Erwärmung erzielt nicht nur hohe Durchflussmengen, sondern erwärmt punktgenau nur soviel Wasser, wie tatsächlich benötigt wird.



Regelung und Steuerung

Ein maßgeschneidertes Steuerungs- und Regelsystem sichert die nahtlose Versorgung jedes einzelnen Gebäudes mit der jeweils dezentral installierten solarthermischen Anlage, der Hybridwärmepumpe aber auch des gesamten Verbundes, wenn im Winter der Gasbrenner zum Einsatz kommt. Erst durch die hocheffizienten und aufeinander abgestimmten Oskar Module für Wärmeübertragung und –transport wird das System zu einem in allen Details durchdachten Ganzen. Im Zentrum des Dorfes, dort wo Therapie- und Beratungsstätte untergebracht sind, ermöglicht die so genannte Gebäudeleittechnik (GLT) sämtliche Verbräuche zentral zu erfassen und entsprechend zu steuern.



Dies ist insbesondere in einem von vielen Menschen bewohnten Gebäudekomplex eine wichtige Komponente. Hier können die Verantwortlichen sogleich erkennen, ob irgendwo ein Wasserhahn läuft oder Fenster offen gelassen wurden. Unkontrollierte Verluste werden so vermieden, etwaige Störungen können gezielt erkannt und behoben oder die Notversorgung wird aktiviert. Die regelmäßig aufgezeichneten Daten (sämtliche Temperaturen und Energiemengen) stehen für die Auswertung beliebiger Zeitabschnitte zur Verfügung. Ein besonderes Highlight ist die Visualisierung und Anbindung der Anlage an das Internet. Der technische Service kann auch online die Abläufe der gesamten Anlage beobachten und programmieren ohne vor Ort sein zu müssen.



Fazit:

63 Prozent Einsparungen für Rohstoffe im Bereich Heizung und Warmwasser sprechen eine deutliche Sprache und sind eine in Zukunft immer wertvoller werdende Investition: Der eingesparte Betrag steigt mit der jährlichen Energiepreissteigerung und wird so zu einem immer wertvolleren Faktor im Budget. Neben diesen ökonomischen Vorteilen, gewinnt das Kinderdorf mit der Sanierung auch ökologisch: Die vollständige Eigennutzung der gewonnenen Sonnenwärme für Heizung und Warmwasser allein sorgt für eine CO2 Einsparung von 50 Prozent.


Bildunterschrift: Das Caritas-Kinderdorf in Marienstein: 130 Quadratmeter Kollektorfläche sammelt Sonnenwärme für das Kinderdorf. Die restliche Dachfläche ist vermietet und wird mit einer PV-Anlage bewirtschaftet. (Bildquelle: ratiotherm)

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