Energetische Sanierung für die Energiefabrik Knappenrode

Wärmekonzept der Zukunft schreibt Geschichte im Museum

Die konsequente Ausschöpfung von Effizienz- und Einsparpotenzialen in der Wärmeversorgung kann den Primärenergieverbrauch und die CO2-Emissionen wirkungsvoll und nachhaltig senken. Wie es in der Praxis gelingt, mit einer Kraft-Wärme-Kopplung-Lösung ein ökonomisches und langfristig nachhaltiges Versorgungssystem zu verwirklichen, zeigt das kürzlich abgeschlossene Sanierungsprojekt im Museum Energiefabrik Knappenrode, einer ehemaligen Brikettfabrik in der Lausitz.

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Anziehungspunkt für Touristen: Die Energiefabrik Knappenrode, umgeben von Seen und Wäldern. Bild: Gernot Menzel, 5|2020
Anziehungspunkt für Touristen: Die Energiefabrik Knappenrode, umgeben von Seen und Wäldern. Bild: Gernot Menzel, 5|2020

Blockheizkraftwerke (BHKW) mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) gelten als Schlüsseltechnologie, wenn es darum geht, Klimaschutz, Energieeinsparung und Wirtschaftlichkeit zu vereinen. Die technologieoffenen Systeme erzeugen sowohl elektrische als auch Wärmeenergie. Zugeführte konventionelle oder biogene Brennstoffe werden nachweislich effizienter als bei konventionellen Anlagen mit getrennter Produktion genutzt. Mit weit entwickelter (Automotive-)Technologie erfüllen die hochleistungsfähigen BHKW-Motoren die gesetzlichen Emissionsvorgaben von heute und morgen.

Neben der Stromkostenersparnis durch den Eigenverbrauch von erzeugtem KWK-Strom profitieren Betreiber von KWK-Zuschlagszahlungen. Die generierte thermische Energie kann weitgehend verlustfrei genutzt werden, etwa für die Heizwasser- und Trinkwassererwärmung. In Industrieanwendungen ist eine Verwertung zur Erzeugung von Prozesswärme möglich. Dies waren überzeugende Argumente für die Planungsbeauftragten der energetischen Sanierung der Energiefabrik Knappenrode. Für das Museum wurde daraufhin ein Effizienzverbund konzipiert und umgesetzt, bestehend aus einem Hoval Gas-Brennwertkessel, zwei stromoptimierten Blockheizkraftwerken und zwei objektspezifisch gefertigten Heizungsverteilern von Yados sowie drei Wärmespeichern à 3.000 l. Die maßgefertigten, exakt aufeinander abgestimmten Komponenten sorgen dafür, dass Strom und Wärme im Museum flexibel erzeugt, gespeichert, verteilt und übergeben werden können.

Integration moderner Versorgungsstrukturen im Industriedenkmal

Die Lausitz erlebt mit dem Ende des Braunkohleabbaus einen einschneidenden Strukturwandel. Mit dem Ausbau des Tourismus und der Aufwertung kulturell ansprechender Urlaubs- und Ausflugsziele in der Region entwickelt der Freistaat Sachsen ein wirtschaftlich attraktives Standbein für die Zukunft. Umbau und Modernisierung der imposanten Energiefabrik Knappenrode sind Teil des Vorhabens.

Die Neugestaltung des beeindruckenden Denkmalkomplexes und seiner Infrastruktur dauerte vom Frühjahr 2017 bis zum Sommer 2020.

„Der besondere Reiz der Energiefabrik Knappenrode liegt in ihrer Authentizität. Sie riecht und schmeckt noch nach Brikettfabrik – ein unverwechselbarer Geruch aus Schmieröl, Kohlestaub und altem Fabrikgebäude“, erklärt Kirstin Zinke, die Museumsleiterin der Energiefabrik. Ganz nach dem Motto „Was Fabrik war, bleibt auch Fabrik!“ ist es gelungen, den überwiegend industriellen Charakter des Museums zu bewahren. „Es wurde nicht versucht, das Spröde und Ungeschönte zu verdecken, zu verkleiden oder gestalterisch anzupassen“, so die Museumsleiterin weiter. Entsprechend verzichtet die Technische Gebäudeausrüstung gänzlich auf Verkleidungen und Unterputzinstallationen.

Besondere Aufmerksamkeit galt der Konzeption der Heizungsanlage und den Elektroinstallationen, um für das Museum eine wirtschaftlich solide und energieeffiziente Versorgung zu ermöglichen. Bis dato gab es im Gebäudekomplex so gut wie keine Wärmeversorgung. Zu aktiven Zeiten der Brikettfabrik lieferten die laufenden Produktionsprozesse mehr als genug Abwärme zur Beheizung.

Zur Versorgung der Verwaltungs-, Funktions- und Ausstellungsbereiche wurde zunächst die historische Infrastruktur genutzt. Seit 2019 ist der Gebäudekomplex an das Gasnetz der Versorgungsbetriebe Hoyerswerda angeschlossen. Anfang 2020 erfolgte die Installation von Nachtspeicheröfen. Die strombetriebenen Speicheröfen stießen jedoch schnell an ihre Leistungsgrenzen und die steigenden (Nacht-)Strompreise belasteten den Museumshaushalt spürbar.

Für die energetische Neuplanung standen den Planungsbeauftragten, abgesehen vom Stromverbrauch, somit keine belastbaren Verbrauchsdaten zur Verfügung. Weitere Herausforderungen stellten die großen, hohen Räume des Industriedenkmals sowie die schlecht gedämmten Außenflächen mit einfach verglasten Fenstern dar. Leiteten diese ursprünglich die extremen internen Wärmelasten der Brikettfabrik ab, galt es nun Taupunktunterschreitungen an kalten Flächen zu verhindern.

Erzeugen – Verteilen – Speichern

Die stromoptimierte BHKW-Kaskade spart im Museum heute erhebliche Mengen an Primärenergie und CO2-Emissionen ein. Rund 90 % (Wirkungsgrad) der eingesetzten Energie aus Erdgas werden ausgeschöpft. Die generierte (Ab-)Wärmeenergie des BHKW-Motors wird über Wärmeauskopplungsmodule als Heizwasser mit Vorlauftemperaturen (T-VL) von 85 °C ausgekoppelt. Der von den beiden KWK produzierte Strom wird selbst verbraucht und trägt spürbar zum energieeffizienten Museumsbetrieb bei.

Die Abdeckung zu Spitzenlastzeiten erfolgt über einen 324 kW Gasbrennwertkessel. Der hohe Modulationsbereich des Kessels ermöglicht die exakte Anpassung der Brennerleistung an den jeweiligen Wärmebedarf. Der Brennwerteffekt bzw. das Erreichen eines optimalen Brennwertbereiches wird durch einen niedertemperierten Rücklauf (Kondensationsbeginn unter ca. 56 °C) gesichert. Bei höheren Rücklauftemperaturen würde dieser Effekt nur noch teilweise oder überhaupt nicht eintreten und der wertvolle Zusatznutzen – leider kein Einzelfall bei nicht optimierten Brennwertsystemen – verpuffen.

Über die beiden Heizungsverteiler (404 bzw. 101 kW Leistung) werden insgesamt acht Heizkreise bedient. Diese versorgen über Heizkörper, Deckenstrahler, Fußboden- und Wandheizung große Räume wie die Museumswerkstatt und diverse Dauerausstellungen mit komfortabler Wärme. Die Heizungsverteiler für Knappenrode wurden exakt nach Planungsvorgaben für drei bzw. fünf Heizkreise konfiguriert und konfektioniert. Nach Fertigstellung der Energieeffizienzzentrale konnten die Komponenten mit vormontierten Bauteilgruppen (Dreiwegeventil mit Stellantrieb, Hocheffizienzpumpen, Wärmezähler usw.) direkt installiert werden.

Intelligente Anlagensteuerung für noch mehr Wirtschaftlichkeit

Neben passgenauer Leitungs- und Anlagenplanung mit zukunftsfähiger Anlagentechnik sichern hochentwickelte informationstechnologische Systeme eine effiziente Wärmeversorgung. Im Museum vernetzt das Automationssystem DDC4000 von Kieback&Peter die Controller, Sensoren und Aktoren der kompletten Wärmeerzeugungsanlage. Mit der Software können alle Teilsysteme herstellerneutral und unkompliziert integriert und in Betrieb genommen werden. Blockheizkraftwerke, Brennwertkessel, Wärmespeicher und Heizungsverteiler sowie die Raumtemperatur der Ausstellungsräume werden über das Direct-Digital-Control-System (DDC) gesteuert und geregelt. Die Managementsoftware Qanteon verbindet Energiemanagement und Gebäudeleittechnik. Die leicht zu bedienende Benutzeroberfläche bietet eine transparente Darstellung relevanter Betriebszustände und Energieflüsse. Die CAF Management-Software zeigt vorhandene Ausschöpfungspotenziale auf und unterstützt bei der Umsetzung und Kontrolle von Energiesparmaßnahmen. Die kontinuierliche Optimierung des Energieverbrauchs erreicht Einsparungen von durchschnittlich 8 bis 10 %, in energieintensiven Betrieben sind sogar bis zu 30 % möglich.

„Es ist uns gelungen, die Herausforderungen des alten Industriedenkmals zu meistern und ein angenehmes Raumklima mit höchstem Komfort für die Besucher zu schaffen – und das messbar ressourcen- und betriebskostenfreundlich,“ erklärt Frank Schumann, stellvertretender Niederlassungsleiter der Kieback&Peter GmbH in Dresden.

Museum mit Zukunft

Mit Inbetriebnahme der hocheffizienten Anlage im Juni 2020 verfügt die Energiefabrik Knappenrode nun über eine stabile und zukunftsoffene Wärmeversorgung. „Tatsächlich gibt es nur sehr wenige Museen, die dank einer modernen und effizienten energetischen Versorgung zusätzlich Kosten einsparen können“, erklärt die Museumsleiterin. Für den Museumsbetrieb eröffnet die innovative Wärmeversorgung zudem „fabrikneue“ Perspektiven: Die Räumlichkeiten des Industriedenkmals können jetzt auch in der kalten Jahreszeit für unterschiedliche Veranstaltungsformate genutzt werden. Indessen hält die „Energieroute“ des Museums, auf der Besucher auch die neue Effizienzzentrale im Einsatz erleben können, spannende Einblicke und Einsichten in die Energieerzeugung von gestern und heute bereit.

Ralf Moritz

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Seite 21 bis 23
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