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Quelle: Jahrbuch der Stadt Wädenswil 1988 von Hansruedi Kunz
EINLEITUNG
Seit dem Jahre 1981 unternimmt die Stadt Wädenswil verschiedenste Aktivitäten im Bereich Energiesparen. Über diese Aktivitäten wurden in der Folge 1988 auch in zwei Sendungen des Schweizer Fernsehens berichtet. Ein wesentlicher Teilbereich der Energiesparaktivitäten ist das Energiesparen in den stadteigenen Liegenschaften. Der nachfolgende Beitrag befasst sich ausschliesslich mit diesem Thema.
ENERGIEVERBRAUCH BEI STÄDTISCHEN LIEGENSCHAFTEN
1980 betrug der Heizenergieverbrauch bei den städtischen Liegenschaften 19 Millionen Kilowattstunden (kWh). Diese Energiemenge in Heizöl ausgedrückt, entspricht 1900 Tonnen. 1987 wurden noch 15 Millionen kWh benötigt. Die Einsparung von 4 Millionen kWh oder 21 Prozent des Energieverbrauches kosteten rund 2,5 Millionen Franken. Dies bedeutet, dass mit einer einmaligen Investition von 60 Rappen jährlich eine Kilowattstunde eingespart wird.
Es liegen zurzeit Projekte und Studien vor, welche einen Energieverbrauch von 9 Millionen kWh im Jahre 1994 erhoffen lassen. Dies bedeutet eine Halbierung des Energieverbrauches von 1980 innert 14 Jahren.
Energieverbrauch bei städtischen Liegenschaften in den Jahren 1980 und 1987 sowie der prognostizierte Energieverbrauch im Jahre 1994 in Millionen kWh.
ENERGIESPAREN UND LUFTVERSCHMUTZUNG
Jede Energieeinsparung an fossilen Brennstoffen (Öl, Gas, Holz, Kohle) bedeutet auch eine Verminderung der Luftverschmutzung. Damit diese Aussage vollkommen richtig ist, sind Wärmepumpen und Blockheizkraftwerke mit Katalysatoren auszurüsten.
Neben dem Minderverbrauch an Energie als Beitrag zur Luftreinhaltung leisten neue Heizanlagen mit einer optimaleren Energieverbrennung auch einen Beitrag zur Schadstoffreduktion. Im Weiteren wurde zwischen 1980 und 1987 der Schwefelgehalt des Heizöls mehrmals reduziert. All diese Einwirkungen zusammen sowie der vermehrte Verbrauch von Erdgas statt Heizöl ergaben für die städtischen Liegenschaften etwa folgende Schadstoffreduktionen:
ENERGETISCHE SANIERUNG
Es werden drei verschiedene Massnahmengruppen für Energieeinsparungen bei Gebäuden unterschieden.
Die baulichen Massnahmen umfassen die Wärmedämmung der Gebäudehülle und die Reduktion des Luftwechsels, das heisst, das Gebäude verliert im Winter weniger warme Luft. Die bekanntesten Massnahmen sind: Aussenisolation der Fassade, Isolation des Daches, Isolation der Kellerdecken, Abdichten der Fensterfugen oder Ersatz der Fenster.
Die technischen Massnahmen bestehen aus Verbesserungen an Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen. Die bekanntesten Massnahmen sind: Heizungsersatz, Kaminsanierung, Sanierung der Warmwassererwärmung, Wärmerückgewinnung bei Lüftungs- und Klimaanlagen und der Einbau von thermostatischen Heizkörperventilen.
Die betrieblichen Massnahmen bestehen aus der Überwachung sowie dem Unterhalt der technischen Anlagen und Gebäudehülle. Die bekanntesten sind: Kaminreinigung, Einstellen des Heizungsbrenners sowie Kontrolle der elektronischen Schaltuhren.
AUSGEWÄHLTE BEISPIELE
Energiesparmassnahmen im Schulhaus Steinacher
Die Schulanlage Steinacher I wurde 1975 bezogen und bestand aus einem Schul- und einem Sporttrakt mit Schulhallenbad. Seit 1983 wird auch die Schulanlage Steinacher II benützt und über die Heizung der I. Etappe beheizt. Die Anlage Steinacher I weist verschiedene bauliche Mängel auf. In einer Volksabstimmung im Jahre 1986 wurden 2 Millionen Franken für die Sanierung bewilligt.
In den Jahren 1978 bis 1983 wurden Einsparungen von rund 25 Prozent erreicht, ohne dass Investitionen getätigt wurden. Diese Einsparungen gehen hauptsächlich auf einen initiativen Hauswart zurück, welcher die Steuerung von Heizung und Lüftung optimierte und durch den Einbau von Schaltuhren bei Lüftungsanlagen diese massive Einsparung erreichte.
Schulanlage Steinacher, Heizölverbrauch in Liter pro Quadratmeter beheizte Bodenfläche (inkl. Schwimmhalle).
In der Heizperiode 1983 bis 1985 wurde ab der Heizzentrale auch der Neubau Steinacher II mitbeheizt. Der Energieverbrauch stieg auch mit dem Neubau nicht einmal auf den Wert von 1978 an. Dies zeigt, dass für den gut wärmegedämmten Neubau nur wenig Heizenergie benötigt wird.
Im Jahre 1986 wurde eine Luft-Wasser-Elektrowärmepumpe zur Energierückgewinnung aus der Hallenbadlüftung installiert. 1987 folgte dann die energetische Badabdeckung. Sobald die Schwimmanlage nicht benutzt wird, kann vollautomatisch eine Folie über die Wasserfläche geschoben werden; dadurch verringert sich der Energieverlust.
1987/88 wurde die Schulanlage Steinacher I saniert. Neben der bauphysikalischen Sanierung wurden auch viele energetische Verbesserungen an Fenstern, Dach, Kellerdecke und Fassade vorgenommen. Der energetische Erfolg wird in der nächsten Heizperiode beziffert werden können. Erwartet wird eine Einsparung von rund 18 Prozent.
In einer späteren Etappe muss auch die veraltete und schlecht dimensionierte Heizanlage ersetzt werden. Der Endverbrauch der Schulanlage mit Hallenbad wird etwa 10 bis 11 Liter pro Quadratmeter oder 130 000 Liter Öl betragen.
Schulanlage Steinacher. Aussenisolation mit Cemtor-Verkleidung.
Anlagenoptimierung in den Sportbauten Untermosen
Die Sportbauten Untermosen wurden 1972 in Betrieb genommen. Damals wurden jährlich für rund 150 000 Badegäste etwa 3 Millionen kWh Strom für den Betrieb aufgewendet.
Von den 18 Elektroblockspeichern wurden drei entfernt und an dieser Stelle eine Luft-Wasser Elektrowärmepumpe mit 260 kW Leistung installiert. Die Anlage arbeitet mit einer Leistungsziffer von 2,43. Dies bedeutet, dass aus einer kWh Strom 2,43 kWh Wärme entstehen.
Das Wasser der Schwimmbecken wurde mit Elektro-Durchlauferhitzern aufgewärmt. Aus hygienischen Gründen mussten täglich 55 000 Liter Frischwasser von 10 Grad C auf rund 30 Grad C erwärmt werden. Das Überflusswasser ging mit 30 Grad C in die Kanalisation.
Neu wird das Schwimmbadwasser nicht mehr direkt in die Kanalisation geleitet. Dank einem Wärmetauscher kann 80 Prozent der Energie des 30 Grad C warmen Abwassers zurückgewonnen und dem Frischwasser beigegeben werden. Sämtliche Lüftungsanlagen wurden mit einer Wärmerückgewinnung ausgerüstet. Die Duschwassererwärmung erfolgt über eine angepasste Wärmepumpenanlage, welche die Wärme aus dem Duschabwasser entzieht.
Der Energieverbrauch pro Badegast konnte um 30 Prozent gesenkt werden. Weitere Massnahmen sind erforderlich. Die Wärmepumpen leisten ihren grössten Beitrag bei hohen Aussentemperaturen. In den kalten Wintertagen ist die Anlage jedoch weiterhin auf die Elektroblockspeicher angewiesen und belastet dadurch das Stromnetz in der kritischen Zeit massiv.
Zurzeit wird ein Wärmeverbund zwischen den Sportbauten Untermosen und dem Schulhaus Untermosen geprüft. Dadurch wären verschiedene Arten der Wärmeerzeugung denkbar. Auch eine Wärmekraftkopplungsanlage mit Gasmotor wird näher untersucht.
Schulanlage Gerberacher. Aussenisolation mit Eternitverkleidung.
Energieverbrauch im Hallenbad Untermosen in kWh Strom pro Besucher.
Sportbauten Untermosen. Die Aussenverdampfer entziehen der Luft die Wärme für die Wärmepumpe.
Wärmeverbund Eidmatt
Sämtliche städtischen und kirchlichen Liegenschaften hatten alte, sanierungsbedürftige Heizanlagen mit dem durchschnittlichen Baujahr 1957, waren also 28jährig. Die Gebäude wiesen auch eine ungenügende Wärmedämmung auf. Die Gebäude liegen geographisch nahe beisammen, und so standen zwei Sanierungsvarianten im Vordergrund:
- Einzelsanierung, das heisst, in jedem Gebäude wird die alte Heizanlage durch eine neue ersetzt.
- Wärmeverbund, das heisst, alle Gebäude werden ab einer gemeinsamen Zentrale mit Heizwärme versorgt. Die Warmwasseraufbereitung bleibt weiterhin dezentral in jedem Gebäude.
Folgende Überlegungen haben den Entscheid zugunsten des Wärmeverbundes beeinflusst:
Die Energieeinsparung ist mit einem Wärmeverbund rund 8 Prozent grösser als bei der Einzelsanierung. Die Wärmeverluste durch die Fernleitungen werden also durch eine energetisch optimale Heizzentrale mehr als ausgeglichen. Diese Aussage, welche für den Wärmeverbund Eidmatt stimmt, darf nicht unbesehen auf andere Situationen übertragen werden. Insbesondere bei überdurchschnittlich wärmegedämmten Gebäuden wird diese Rechnung nicht mehr aufgehen.
Eine zentrale Anlage mit 930 kW Leistung ermöglicht
- die Kondensation der Abgase; dies bedeutet eine bessere Energie-Ausnutzung durch tiefere Abgastemperaturen;
- durch einen mehrstufigen Betrieb, die Leistung der Heizanlage besser auf die Aussentemperatur abzustimmen.
Diese beiden Punkte bewirken einen deutlich besseren Jahreswirkungsgrad der Heizanlage gegenüber Einzelheizungen. Diese Grossanlage bietet auch weitere Ausbauvorteile, die bei Einzelheizungen nicht vorhanden sind:
- Möglicher Einbau einer Gasmotorwärmepumpe mit Gewinnung der Umweltenergie aus der Luft oder aus dem Seewasser. Die Anlage könnte auch als Wärmekraftkopplungsanlage konzipiert werden.
- Der Einbau einer Rauchgasreinigung oder eines Abgaskatalysators ist möglich.
- Die Energieeinsparungen betragen zurzeit rund 25 Prozent gegenüber den alten Einzelheizungen. Mit der vollständigen Einregulierung sollte eine Einsparung von 30 Prozent erreicht werden.
Die Heizanlage wurde im letzten Winter zu 95 Prozent mit Gas und zu 5 Prozent mit Öl betrieben.
Wärmeverbund Eidmatt, Verminderung der Luftbelastung in Abhängigkeit des Energieverbrauches. (Balkendiagramm: vor dem Wärmeverbund, mit dem Wärmeverbund)
Die Minderbelastung der Luft ist einerseits auf den besseren Kesselwirkungsgrad und andererseits auf die Verbrennung von Gas mit anschliessender Kondensation der Abgase zurückzuführen. Im baulichen Bereich können die Gebäude in Zukunft noch energetisch stark verbessert werden. Kompromisse sind aus Gestaltungsgründen nötig, da verschiedene Gebäude als schutzwürdig eingestuft sind. Energetisch optimale Fenster-, Dach- und Kellerdeckenisolationen können normalerweise aber auch bei solchen Objekten ausgeführt werden.
Im technischen Bereich kann die Heizzentrale auf eine Wärmepumpenanlage oder Wärmekraftkopplungsanlage umgebaut werden.
Am Wärmeverbund Eidmatt sind folgende Liegenschaften angeschlossen: Gewerbeschulhaus, «Sonne», Haus Schönenbergstrasse 3, reformierte Kirche, Pfarrhaus, Kirchgemeindehaus, Gärtnerhaus Rosenmatt, Schulhäuser und Pavillon Eidmatt, Turnhalle Eidmatt.
Blockheizkraftwerk in der ARA
Energiebilanz November 1987.
Bei der Abwasserreinigung fällt eine grosse Menge Faulschlamm in der Kläranlage an. Dieser in den Faultürmen gelagerte und hygienisierte Schlamm entwickelt ein Faulgasgemisch, welches einen hohen Wärmeinhalt aufweist. Früher wurde dieser Schlamm unter grosser Energieaufwendung auf einer aeroben Basis abgebaut.
Seit 1987 wird dieses Faulgas gesammelt und dient als Brennstoff für zwei Otto-Motoren, welche mit einem Generator Strom für die Kläranlage erzeugen. Die in den Abgasen und im Kühlwasser der Gasmotoren enthaltene Abwärme kann weitgehend zurückgewonnen und zu Heizzwecken verwendet werden. Eine solche Anlage wird als Wärmekraftkopplung (WKK) oder auch als Blockheizkraftwerk (BHKW) bezeichnet.
Energiebedarf für einen Durchschnittstag:
Im Blockheizkraftwerk der ARA Rietliau wird aus Klärgas Strom und Wärme erzeugt.
Gasmotor-Wärmepumpe im Schulhaus Fuhr
Die Schulanlage Fuhr besteht aus einem 1953 gebauten Sekundarschulhaus und einem 1967 erstellten Realschulhaus mit Hauswirtschaftstrakt und Turnhalle. Vor dem Einbau der Wärmepumpe waren in der Anlage vier Heizkessel mit einer Leistung von 1500 kW installiert. Die Anlage war veraltet und überdimensioniert.
Die neue Anlage besteht aus einer Gasmotor-Wärmepumpe. Bis zu einer Aussentemperatur von +5 Grad beheizt die Wärmepumpe die Schulhäuser alleine, indem sie der Aussenluft die Wärme entzieht und mit dem Gasmotor auf die richtige Temperatur bringt. Dank der Ausnutzung der Wärme in der Aussenluft kann eine solche Wärmepumpe rund 40 Prozent mehr Wärme aus einem Kubikmeter Gas produzieren als eine Gasheizung. Liegt die Aussentemperatur unter +5 Grad, unterstützt ein Heizkessel mit 550 kW Leistung die Wärmepumpe. Bei Temperaturen unter –5 Grad Celsius wird nur noch der Heizkessel benutzt, da die Wärmepumpe zu wenig Wärme aus der Aussenluft beziehen kann. Dank der Gasmotor-Wärmepumpenanlage konnte der Heizenergieverbrauch der Schulanlage Fuhr um 52 Prozent gesenkt werden.
Low-NOx-Brenner im Schulhaus Gerberacher
In letzter Zeit wurde gezwungenermassen der Luftverschmutzung immer grössere Beachtung geschenkt. In den Jahren 1986 bis 1988 wurde die Gebäudehülle der Schulanlage Gerberacher energetisch saniert. Als letzte Etappe wurde nun eine moderne Heizung mit kondensierendem Heizkessel (wie im Wärmeverbund Eidmatt) eingebaut. Daneben steht noch ein älterer Heizkessel mit einem Ölbrenner. Der neue Kessel wird ausschliesslich mit Gas betrieben, und dieser Umstand ermöglichte den Einbau des Low-NOx-Brenners.
Schulanlage Fuhr. Aussenverdampfer für die Wärmepumpe.
Die Low-NOx-Technik ist relativ einfach. Ein Teil der Heizungsabgase werden vor dem Kamin abgezweigt und noch einmal der Brennkammer im Heizkessel zugeführt. Diese Massnahme setzt die Flammentemperatur herab und verringert zudem − weil Abgase sauerstoffarm sind – die Verbrennungsgeschwindigkeit. Diese beiden Einflüsse vermindern die Bildung von Stickoxiden massiv.
Diese Anlage ist ein gutes Beispiel, wie mit einer modernen Heizkesseltechnik (Kondensationskessel) Energie gespart werden kann und dadurch die Luftbelastung verringert wird. Zusätzlich wird mit einem Low-NOx-Brenner die Luftbelastung nochmals massiv reduziert.