Projekt 33520/03

Mehraufwand für innovative Ansätze zum Klima- und ressourcenschonendem Bauen bei der Umweltstation der Stadt Würzburg (KlimResBau) – Nachbewilligung

Projektträger

Stadt Würzburg Die Stadtreiniger
Äußere Aumühlstr. 5
97076 Würzburg
Telefon: 0931/374471

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Durch Bauzeitenverzögerungen konnte die Umweltstation der Stadt Würzburg erst ab Anfang 2020 im Nachfolgerprojekt von Mehraufwand für innovative Ansätze zum Klima- und ressourcenschonendem Bauen bei der Umweltstation der Stadt Würzburg (KlimResBau) ein Monitoring des Gebäudes begin-nen. Das Monitoring hatte zum Ziel eine Betriebsoptimierung und die Visualisierung energetischer Daten zu ermöglichen.
Die geförderten Zusatzaufwendungen sollen die Umweltstation zu einem klima- und ressourcenschonen-dem Leuchtturmprojekt aufwerten.
Weiterer Projektbestandteil sind das LCA Monitoring, welches den aktuellen ökologischen Fußabdruck des Gebäudes zeigt. Die Aufarbeitung und Darstellung der Projektergebnisse sollen sowohl für ein brei-tes Publikum in der Umweltstation als auch für Fachpublikum verwendet werden.



Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenFür das Monitoring des Eisspeichers war es notwendig das gebäudetechnische Gesamtsystem der Um-weltstation zu betrachten. Hierzu wurde eine Vielzahl von Strom-, Volumenflusszählern und Temperatur-sensoren an relevanten Positionen verbaut. Die Datenerfassung und -übertragung erfolgte über KNX, M-Bus und BACnet. Die Daten wurden an das ZAE Bayern übertragen, dort ausgewertet und in Grafiken weiterverarbeitet. Für die Öffentlichkeitsarbeit wurden diese Grafiken auf der ZAE Webseite sowie auf den Präsentationsbildschirmen in der Umweltstation verwendet.
In das LCA Live-Monitoring der Umweltstation gingen die monatliche Stromproduktion und die Strom-verbräuche ein. Durch die vorhandene Zählerstruktur musste die Nutzungsenergie des Gebäudes mitbe-trachtet werden.



Ergebnisse und Diskussion

Für die Planung des Eisspeichersystems und die Ausschreibung war die Ingenieurgemeinschaft Hofer & Hölzl GmbH aus Fürstenfeldbruck verantwortlich als Unterauftragnehmer. Die Firma Viessmann als Liefe-rant des Eisspeichersystems hatte im Vorfeld Simulationen zum Eisspeichersystem durchgeführt. Der Bauherr ist somit davon ausgegangen, dass die Kühlung der Umweltstation im Sommer für Raumtempera-turspitzen über 26 °C immer ausreichend ist. Das ZAE Bayern führte das nachgelagerte Monitoring des Eisspeichersystems durch. Im Frühjahr 2021 war der Eisspeicher durch eine Fehlfunktion vollständig zuge-froren, da beim Betrieb der Wärmepumpe die Regenerationspumpe immer mitgelaufen ist. Erst nach Neu-verkabelung des Systems konnten sinnvolle Monitoringdaten gewonnen werden. Zuvor musste davon ausgegangen werden, dass ungeplante Wärme-/Kälteströme den sehr trägen Eisspeicher negativ beein-flusst haben.
Im Winter 2021/2022 sind nach der Optimierung der Heiz- und Lüftungseinstellungen sehr gute COP-Werte der Wärmepumpe von ca. 5 erreicht worden. Die umweltfreundliche und fast kostenlose Kühlenergie für die Sommerphase ist mit der vorhandenen vereinfachten Steuerung aber nur sehr begrenzt nutzbar. Der Pha-senübergang des Eisspeichers wird in der derzeitigen Konfiguration nur selten genutzt. Durch den nicht im System eingebundenen Radarsensor kann ein kontrollierter Eisaufbau nicht stattfinden.
Die Lösungsversuche mit dem Hersteller des für einen kontrollierten Eisaufbau scheiterten bis jetzt an den hohen Kosten.
Der Hersteller Viessmann hat die Steuerung des Eisspeichersystems in dieser Form vom Markt genom-men, weswegen nur eine eingeschränkte Unterstützung durch die Fa. Viessmann bei der Problemlösung erfolgte. Empfohlen wird hier aktuell von der Fa. Viessmann ein Eisspeichersystem mit MSR (Mess-, Steu-er- und Regelungstechnik) Anlage.
Die Erfahrungen aus dem Monitoring zeigen, dass viele Probleme eines relativ komplexen und innovativen Systems nur durch ein nachgelagertes Monitoring überhaupt erkannt werden und damit eine Ursachenfor-schung möglich ist.





Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Umweltstation der Stadt Würzburg wurde in zahlreichen wissenschaftlichen Vortragen des ZAE Bay-ern als Projektbeispiel erwähnt um die Bekanntheit dieses Projektes mit RC-Beton und Eisspeichersys-tem zu steigern. Seit der Eröffnung der neuen Umweltstation der Stadt Würzburg im Mai wurden sehr vie-le Besucher mit den Bildungsangeboten zur nachhaltige Entwicklung erreicht. Die Technologie des Eis-speichers wurde mit Postern, interaktiven Präsentation und Daten aus dem Monitoring den Gästen an-schaulich erklärt.
Neben etlichen Architekturveröffentlichungen bekam die Umweltstation die Anerkennung des Bundes-preis Umwelt und Bauen 2020 und den 2. Preis Bayerischer Ingenieurpreis der BAYIKA.



Fazit

Der Heizungsbetrieb funktioniert nach den Verbesserungen der Heizungseinstellungen mittlerweile mit einer sehr hohen Jahresarbeitszahl (JAZ) von ca. 5. Ein kontrollierter Eisaufbau ist durch den fehlenden Radar-sensor im kleinen Steuerungssystem des Eisspeichers derzeit nicht möglich. Der Hersteller Fa. Viessmann verkauft diese Steuerung des Eisspeichersystems mittlerweile nicht mehr in dieser Form.
Grundsätzlich sollte bei Eisspeichersystemen in Nichtwohnbereich eine übergeordnete Steuerung und Re-gelungstechnik vorausgesetzt werden. Jedoch ist ein solches System, für ein Gebäude dieser Größenord-nung ein relevanter Kostenfaktor. Der Aufwand ist aber empfehlenswert, da durch die Möglichkeit des Mo-nitorings, Fehleranalyse und der Betriebsoptimierung gegeben ist und Betriebskosten eingespart werden können.