In Schleswig kommt ein kaltes Wärmenetzwerk im Neubaugebiet zum Einsatz. Welche Rolle Erd-Eisspeicher dabei spielen und wie verschiedene Wärmequellen verbunden werden können, erläutert Julia Jürgensen für die Schleswiger Stadtwerke.
Die Planung neuer Wohngebiete bietet die Möglichkeit, Energieversorgung von Anfang an nachhaltig und effizient zu gestalten. Innovative Versorgungskonzepte können direkt in die Infrastruktur integriert werden. Ziel ist es, Gebäude mit klimafreundlicher Wärme und Kälte zu versorgen.
Ein Beispiel für ein solches zukunftsorientiertes Konzept ist das Neubaugebiet „An den Wichelkoppeln“ in Schleswig (Schleswig-Holstein), in dem auf 61 Grundstücken nach und nach Ein- und Mehrfamilienhäuser entstehen.
Kalte Nahwärme und oberflächennahe Geothermie
Während das Quartier wächst, wird gleichzeitig ein Energiesystem umgesetzt, das von den Schleswiger Stadtwerken (als Teil der Stadtwerke SH) geplant, errichtet und betrieben wird und auf kalter Nahwärme sowie oberflächennaher Geothermie basiert. Besonders hervorzuheben ist der Einsatz von Erd-Eisspeichern, deren Funktionsweise und Potenzial im Rahmen der Forschungsvorhaben ErdEis II und ErdEis III untersucht werden.
Auf den ersten Blick unterscheidet sich das Baugebiet kaum von anderen Neubaugebieten. Die Besonderheit liegt im Untergrund, wo ein vernetztes Energiesystem installiert wurde. Anstelle einzelner Heizsysteme kommt ein gemeinsames kaltes Nahwärmenetz zum Einsatz, das verschiedene Umweltwärmequellen verbindet und die Wärmeversorgung des Quartiers ermöglicht. Dieses kalte Nahwärmenetz arbeitet auf einem niedrigen Temperaturniveau. Dadurch kann Energie mit sehr geringen Verlusten verteilt werden.
Was das Verteilnetz leistet
Gleichzeitig ermöglicht es die Aufnahme von Umweltenergie: Über das zirkulierende Wasser-Glykol-Gemisch wird Energie aus dem umliegenden Erdreich in das Netz aufgenommen. Das Verteilnetz übernimmt damit nicht nur die Energieverteilung, sondern ist zugleich Teil der Wärmequelle.
In diesem Zusammenhang engagiert sich auch der Bundesverband Kalte Wärmenetze (BVKW), der die Weiterentwicklung und praktische Umsetzung solcher kalten Wärmenetze unterstützt. Die bereitgestellte Umweltenergie wird in den Gebäuden durch Wärmepumpen genutzt. Sie verbinden das Netz mit den hausinternen Heizsystemen und heben die Energie auf das erforderliche Temperaturniveau für Heizung und Warmwasser an.
Die Energiequellen des Systems sind vielfältig. Neben großflächigen Erdwärmekollektoren kommen auch Photovoltaik-Thermie-Module (PVT-Module) zum Einsatz, die auf dem Dach der neu errichteten Feuerwache installiert sind und gleichzeitig Strom und Wärme erzeugen. Eine besondere Rolle spielen die Erd-Eisspeicher als Weiterentwicklung konventioneller Erdwärmekollektoren.
Wie Erd-Speicher arbeiten
Erd-Eisspeicher bestehen aus mehreren übereinander angeordneten Kollektorebenen, die in unterschiedlichen Tiefen im Boden verlegt sind. Dadurch wird ein größeres Erdvolumen erschlossen, wodurch die Wärmeausbeute pro Fläche steigt.
Während der Heizperiode wird dem Erdreich Wärme entzogen, wodurch sich der Boden abkühlt. Sinkt die Temperatur unter den Gefrierpunkt, beginnt das im Boden enthaltene Wasser zu gefrieren. Dabei wird zusätzliche Energie in Form latenter Wärme freigesetzt.
Im Jahresverlauf übernimmt der Erd-Eisspeicher eine doppelte Funktion. Im Winter dient er als Wärmequelle, im Sommer als Wärmesenke. Das im Boden vorhandene Eis kann zur Kühlung der Gebäude genutzt werden, indem überschüssige Wärme in das Erdreich abgeführt wird. Dabei schmilzt das Eis, wodurch sich der Speicher regeneriert. Unterstützt wird dieser Prozess durch natürliche Einflüsse sowie zusätzliche Wärmequellen wie die PVT-Module.
Eingebettet in Forschungsprojekte
Die Umsetzung dieses Systems im Baugebiet „An den Wichelkoppeln“ ist Teil des bereits abgeschlossenen Forschungsvorhabens ErdEis II (2019–2022, FKZ: 03ET1634) und des aktuell laufenden Projekts ErdEis III (bis 2027, FKZ: 03EN3068), die durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert werden.
Bei ErdEis II wurden die praktische Umsetzung sowie ein Monitoringkonzept realisiert. Der Schwerpunkt von ErdEis III liegt jetzt auf der Auswertung der Betriebsdaten und der Optimierung des Systems. Dabei werden alle relevanten Komponenten messtechnisch erfasst und analysiert.
Am Projekt ErdEis III sind neben den Schleswiger Stadtwerken mehrere Partner beteiligt, darunter die FH Westküste, die Energie Plus Concept GmbH, Smart Q Energy Solutions, die Technische Universität Dresden und die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Ziel des Projekts ist es, das Zusammenspiel der einzelnen Systemkomponenten besser zu verstehen und die Betriebsweise zu optimieren.
Neubaugebiet als Zukunftsmotor
Auf der Basis der identifizierten Effizienzpotenziale wird das Versorgungskonzept weiterentwickelt: Im Rahmen von ErdEis III soll das System zu einem intelligenten, sektorengekoppelten Energiesystem ausgebaut werden, das Strom-, Wärme- und Kälteflüsse miteinander verbindet. So können beispielsweise überschüssige Strommengen aus Photovoltaik-Anlagen direkt im Quartier genutzt werden.
Insgesamt verdeutlicht das Projekt „An den Wichelkoppeln“ das große Potenzial kalter Nahwärme in Kombination mit innovativen Formen der oberflächennahen Geothermie, insbesondere Erd-Eisspeichern, für die Wärmeversorgung von Quartieren.
Julia Jürgensen
Die Autorin
Julia Jürgensen ist Sachbereichsleiterin Netze & Anlagen – Wärmewende und Tranformation – bei den Stadtwerken SH, zu denen die Schleswiger Stadtwerke gehören.
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