Projekte von Soil2Heat-Partnern

In Kürze:
In Bamberg wird die ca. 23 ha große Fläche der ehemaligen Lagarde Kaserne zu einem zukunftsfähigen innerstädtischen Quartier transformiert. Dabei werden ca. 1200 Wohneinheiten über ein kaltes Nahwärmenetz und dezentrale Wärmepumpen mit erneuerbarer Wärme und Kälte versorgt. Das Forschungsvorhaben Multisource begleitet die Baumaßnahmen und den anschließenden Betrieb der multiplen Wärmequellen.

Im Rahmen der wissenschaftlichen Untersuchungen werden die Wärmequellsysteme parallel zu den Baumaßnahmen geologisch begleitet. Durch den Einsatz von modernen geowissenschaftlichen Messgeräten können alle wichtigen Bereiche des Untergrundes gezielt analysiert und eine maximal effiziente Anbindung der geothermischen Systeme an den Boden und das Gestein erreicht werden. Gleichzeitig werden die im Projekt entwickelten Messkonzepte der Wärmequellensysteme umgesetzt. Die Messtechnik dient der Erfassung der wichtigsten Systemparameter, um langfristige Wechselwirkungen und Optimierungspotenziale der verschiedenen regenerativen Quellen zu eruieren. Die Messdaten, zusammen mit den bodenkundlichen Untersuchungen, dienen der Weiterentwicklung dynamischer Simulationsmodelle. Mit diesen kann das Verhalten der verschiedenen Wärmequellen in einem Gesamtsystem bestimmt und vorhergesagt werden. Entsprechende Simulationssoftware für das Komplettsystem ist noch nicht vorhanden und wird im Rahmen des Projektes entwickelt. Alle Untersuchungen münden in einem optimierten Zusammenspiel der Wärmequellensysteme, welches für Heiz- und Kühlzwecke stets den optimalen Betriebspunkt bereitstellt. Ebenfalls werden Möglichkeiten der saisonalen Verschiebung untersucht.

Im Forschungsprojekt werden gezielt die Quellenwärmesysteme, die Energiezentrale und das kalte Nahwärmenetz untersucht, um deren Erkenntnisse entkoppelt vom Betrieb der dezentralen Wärmepumpen für weitere Projekte übertragbar zu machen:

• 10.000.000 kWh Heiz-/Warmwasserwärme
• 917.000 kWh Kälte + 8.200.00 kWh Strom
• Leistung 4.500 kWth – 70 % Regenerativ 

Vorhabensbeschreibung-Ziele:

Das Kalte Nahwärmenetz auf dem Lagarde Campus in Bamberg dient zukünftig der Wärmeversorgung von Neu- sowie sanierten Bestandsbauten. Das Forschungsvorhaben MultiSource plant, das Zusammenspiel von vier verschiedenen innovativen Wärmequellensystemen im Detail zu betrachten. Hierbei werden ein Abwasserwärmetauscher, Erdwärmekollektoren in der Freifläche und unter Gebäuden sowie ein Erdwärmesondenfeld systematisch untersucht. Die parallele Analyse der geothermischen Teilsysteme, aber insbesondere die Wechselwirkungen zwischen den Systemen untereinander und mit dem Abwasserwärmetauscher in Verbindung, bildet den Kern des angestrebten Vorhabens.

Im Teilvorhaben der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) werden die bodenkundlichen und geologischen Aspekte begutachtet. Dabei werden alle wichtigen Fragestellungen bereits ab der Bauphase des Campus mit modernen geowissenschaftlichen Methoden und Gerätschaften untersucht. Weiterhin werden zusätzliche Monitoringdaten des Bodens und Gesteins erhoben und diese zum einen für geologische Untergrundmodelle und zum anderen für thermische und hydrogeologische Simulationen verwendet. Zusammengeführt dient dies der Optimierung der Quellennutzung.

Arbeitsplan

MultiSource ist auf vier Jahre angelegt. Zunächst erfolgt die umfassende messtechnische Konzeption und Umsetzung der einzelnen Systeme. Zusammen mit den bodenkundlichen und hydrogeologischen Untersuchungen sowie den dynamischen Simulationen können Regelstrategien entwickelt sowie das Gesamtsystem mit den einzelnen Quellsystemen bewertet werden. Das Ziel des Forschungsprojektes dient der Analyse der einzelnen Wärmequellen sowie der Optimierung im Gesamtkontext.

Im Teilvorhaben der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg erfolgt zuerst eine geowissenschaftliche Datenerfassung der Großkollektor- und Sondenfelder mittels verschiedener Untersuchungskonzepte. Dazu wird ein Living-Lab zur direkten Bearbeitung vor-Ort eingerichtet. Die ermittelten Daten werden im Labor der FAU weiter ausgewertet und mit den Ergebnissen der installierten Messtechnik zur Evaluation verglichen. Zusätzlich wird ein thermisch-hydrogeologisch verbessertes Bettungsmaterial im Zuge von Labor- und Feldversuchen getestet. Die generierten Datensätze dienen als wichtige Grundlage für die Erstellung von verschiedenen Finite-Elemente-Simulationsmodellen. 

Wirtschaftliche und Wissenschaftliche Pläne zur Nutzung der Ergebnisse

Die wirtschaftlichen Erfolgsaussichten des Forschungsvorhabens MultiSource können als sehr gut eingestuft werden. Durch das Monitoring des realen Umsetzungsprojektes auf dem Lagarde Campus in Bamberg mit seinem einzigartigen Energiekonzept auf Basis verschiedener regenerativer Energien sind ideale Bedingungen gegeben, die Umsetzung ähnlicher Projekte im innerstädtischen Raum in der Praxis zu unterstützen.

Neben den Erkenntnissen aus dem Monitoring in Verbindung mit den bodenkundlichen Analysen und dem weiterentwickelten Simulationswerkzeug DELPHIN mit dem Zusammenspiel verschiedener Niedertemperatur-Wärmequellen, kann die entwickelte Planungshilfe in zukünftigen Bauprojekten eingesetzt werden. Die Bauherren und Investoren profitieren von einer zielgerichteten und aussagefähigen Planung bereits zu einem frühen Planungsstand. So kann das Zusammenspiel unterschiedlicher regenerativer Wärmequellen bestimmt werden. Ebenfalls können alle vor Ort verfügbaren sowie saisonale Speicherpotentiale ermittelt und bewertet werden. Dadurch kann die regenerative Wärmeversorgung von dem ländlichen in den urbanen Raum Schritt für Schritt transferiert werden. Die Ergebnisse sollen auch auf Standorte außerhalb von Deutschland übertragbar gemacht werden. Die umfangreichen Ergebnisse aus den Bodenuntersuchungen zusammen mit den Messdaten und Simulationsmodellen können zusätzlich eine Erweiterung des Standes der Technik ermöglichen. 

Durch die Aktualität des vorgestellten Forschungsvorhabens bietet es die Möglichkeit für mehrere Dissertationen. Im Bereich der Weiterentwicklung des Simulationstools DELPHIN hinsichtlich der Simulation verschiedenere Wärmequellen sowie im Bereich der geologischen Untersuchungen beim Wärmeentzug der Wärmequellen.

Beteiligter Soil2Heat-Partner:
wp-plus, RGK e.U. Ing. Arne Komposch, mailto:technik@wpplus.at

Die Stanserhorn-Bahn zeigt, wie traditionelle Verkehrsinfrastruktur in ein wegweisendes Beispiel für nachhaltige Mobilität und Integration erneuerbarer Energien verwandelt werden kann. Als historische Standseilbahn, die vom Bundesamt für Kultur als Objekt von nationaler Bedeutung klassifiziert ist, verbindet die Bahn den Denkmalschutz mit zukunftsweisenden Energiekonzepten und setzt neue Maßstäbe für klimafreundlichen Tourismus und Mobilität. Im Zentrum dieser Transformation steht die Erneuerung der Talstation, bei der das neue Gebäude „Remise“ zum ersten PlusEnergy-Verwaltungsgebäude im Kanton Nidwalden geworden ist. Zertifiziert nach Minergie-A- und Minergie-P-Standards, erzeugt es mehr Energie, als es verbraucht, dank eines ganzheitlichen Ansatzes, der Solararchitektur, hohe Effizienz und die Integration erneuerbarer Energien kombiniert. Photovoltaikanlagen sind harmonisch sowohl auf der neuen Remise als auch auf dem renovierten Dach des historischen Abfahrtsterminals integriert, wobei speziell entwickelte Blendenmodule erhalten bleiben.

Beim Umbau der Standseilbahn-Talstation im Winter 2022/23 wurden auch rund 40 Meter des Bahntrassees erneuert. Die dafür notwendigen Erdarbeiten hat die CabriO Stanserhorn-Bahn AG genutzt, um einen RingGrabenKollektor zu installieren und fortan die Büros in der Talstation damit zu heizen oder zu kühlen. Dieser ist jedoch nur ein Teil in einem ganzheitlichen Umgang mit Erneuerbaren Energien und Effizienzmaßnahmen. 

Die Standseilbahn beim Stanserhorn feierte im Jahr 2023 ihr hundertdreissigjähriges Jubiläum. Um den heutigen Anforderungen mit einem hohem Gästeaufkommen und entsprechendem Platzbedarf für die Büroräumlichkeiten gerecht zu werden, wurde im Winter 2022 ein Anbau der Talstation realisiert und das Perron um rund 40 Meter Bahntrasse erneuert.

Dabei gab es zwei wichtige Neuerungen:

• In der Station gibt es neu unter den Geleisen eine Grube für die Unterhaltsarbeiten, was die Sicherheit und den Komfort der Mitarbeitenden massiv erhöhte.
• Die für die Gleisrevision ausgehobene, rund zwei Meter tiefe Grube vor der Station wurde für eine in der Schweiz noch wenig verbreitete Energielösung genutzt: Ein RingGrabenKollektor. Ähnlich wie bei einer Erdsonden-Wärmepumpe wird dabei die Temperatur unter dem Boden im Winter zum Heizen und im Sommer zum Kühlen genutzt. Für die ringförmig verlegten Leitungen (vgl. Foto) reicht jedoch eine geringe Tiefe, sie brauchen dafür eine Grabenbreite von 2m, einem breiten Baggerlöffel entsprechend – ideale Voraussetzungen also, wenn der Boden sowieso für Bauarbeiten geöffnet werden muss.

Die Stanserhorn-Bahn suchte gemeinsam mit der Energieberatungsfirma «ee3», lokalen Experten und dem Elektrizitätswerk Nidwalden nach sinnvollen Energielösungen. RingGrabenKollektoren sind in der Schweiz noch wenig verbreitet und es bestand eine gewisse Skepsis bei unterschiedlichen Partnern. Die Bahn sah jedoch die Vorteile: durch das bereits offengelegte Trassee würden sich die anfänglichen Investitionskosten im Rahmen halten. Eine tiefe Bohrung wie bei einer Erdsonden-Wärmepumpe ist bei einem Ringgrabenkollektor nicht nötig und im Gegensatz zu einer Luft-Wärmepumpe stellen tiefe Außentemperaturen kein Problem dar. 

Die Bahn entschied sich für die Planung und Verlegung des RingGrabenKollektors für die Zusammenarbeit mit den Systementwicklern aus Österreich - wp-plus, RGK e.U. Ing. Arne Komposch.

Die Bauzeit für die Perron- und Trassee-Erneuerung im Winter 2022/2023 betrug 4 Monate. Der Ringgrabenkollektor hat sich bereits im Sommer 2024 bewährt - und das, obwohl zu diesem Zeitpunkt noch nicht alle Einstellungen ideal waren.

"Wenn die Fläche vorhanden ist, empfehle ich jedem Unternehmen, die Installation eines RingGrabenKollektors zumindest zu prüfen." Peter Bircher, CEO CabriO Stanserhorn-Bahn AG

Energieeffiziente Talstation

Im September 2023 konnte dann auch der neue Verwaltungsbau ‘Remise’ der Talstation als erstes doppelzertifiziertes Plusenergie-Verwaltungsgebäude (Minergie-A & -P) im Kanton Nidwalden bezogen werden.

Die Talstation überzeugt als Gesamtkonzept: eine sehr gute Wärmedämmung zusammen mit einer maßgeschneiderten Photovoltaiklösung integriert in verschiede Dachflächen, Abwärmenutzung von Büro & Technikraum kombiniert mit bester Energieeffizienz bei der Gebäudetechnik ermöglichte die Talstation in ein Plusenergie-Areal zu verwandeln. In der Jahresbilanz wird nun mehr Energie produziert als im gesamten Areal verbraucht.

Dreamteam Photovoltaikanlage und Batteriespeicher und Wärmepumpe

Ergänzt wird die PV-Anlage durch einen Batteriespeicher. Die Solarbatterie wird tagsüber mit Solarstromüberschuss aufgeladen und nach Sonnenuntergang wird mit dem gespeicherten Solarstrom das gesamte Areal der Talstation weiter versorgt. Der Batteriespeicher funktioniert gleichzeitig auch als Notstrom-Anlage für den Verwaltungsbau bei einer allfälligen Strommangellage.

Nach letzten Feinjustierungen konnte das gesamte Areal der Talstation am 9. März 2025 erstmals 100% energieautark Tag & Nacht mit Energie allein aus ‘Stanser-Sonne’ versorgt werden und dabei wurde sogar noch Strom ins Netz eingespeist. Dies ist für das Unternehmen auch wirtschaftlich interessant.

Um den ökologischen Fußabdruck mit Hilfe von Erneuerbarer Energie zusätzlich zu verringern, liefert seit Juli 2024 eine Photovoltaikanlage auf dem Dach der Talstation der CabriO-Luftseilbahn Strom für deren Betrieb. Die Anlage deckt ca. 20-30% der Betriebsenergie ab, wenn die Bahn läuft (an einem durchschnittlichen Betriebstag während 8 Minuten alle 30 Minuten) und speist die restliche Zeit ins Netz ein. Der Sommerbetrieb der Bahn deckt sich dabei gut mit den sonnenreichen Tagen, an denen die PV-Anlage am meisten Strom liefert. Daneben wird auch Bremsenergie rekuperiert, was zusätzlich die Effizienz steigert.

Ökologie im Fokus

Bei der Stanserhorn-Bahn wird die Sonne nicht nur für PV-Strom, sondern dank einer Solarthermie-Anlage auf den Dächern der Bergstation und des Gipfelrestaurants auch zur Aufbereitung von Warmwasser genutzt. Dazu wird u.a. auf dem Stanserhorn Regenwasser eingefangen und genutzt: Das Wasser von den Restaurantdächern wird zu Trinkwasser aufbereitet, jenes von der Terrasse als Spülwasser genutzt. Dadurch kann die Wassermenge, die auf den Berg geführt werden muss (in Tanks mit der Bahn) reduziert werden. Dies dient nicht nur der Umwelt, sondern vermeidet auch Kosten.

Besonderheiten:

• weltweit erste Erdwärmeqelle unter Schienen
• historische Standseilbahn trifft auf erneuerbare Energie
• RingGrabenKollektor in die Infrastruktur Schiene integriert

Projekt: Gösserhalle in Wien

Beteiligte Firmen und Einrichtungen:

BCE Beyond Carbon Energy
Larix Engineering
wp-plus, RGK e.U. Ing. Arne Komposch

Projektbeschreibung

Der Bestand der 140 Jahre alten Gösserhalle wurde entkernt und innerhalb der historischen Backstein Arkaden ein effizienter Gewerbeneubau errichtet. Die Nutzung unter anderem als Bürogebäude bedingt einen höheren Kühl- als Heizbedarf.  Am Standort wurde daher ein innovatives und nachhaltiges Energieversorgungssystem zur Bereitstellung von Wärme und Kälte aus der Parzelle entwickelt.
Dabei setzt die Beyond Carbon Energy als Energie Contractor bei der Versorgung des Gebäudes konsequent auf erneuerbare Energiequellen, die lokal verfügbar sind, vorrangig durch den Einsatz von Geothermie und Photovoltaik. Das zentrale Element der Wärme-/Kälteversorgung sind 29 Erdwärmesonden mit einer Gesamtlänge von 4.350 Metern sowie 5 Ringgrabenkollektoren mit 2.250 Metern unter der Bodenplatte. Mit zwei Wärmepumpen wird Warmwasser, Heiz- und Kühlenergie für das Gebäude per erdgekoppelter Quelle bereitgestellt. Der für den Betrieb der Wärmepumpen benötigte Strom stammt sowohl von der Photovoltaikanlage auf dem Dach als auch aus 100% Ökostrom aus dem Netz. Diese Lösung ermöglicht eine jährliche Reduktion von 79 Tonnen CO₂ und unterstützt damit die Stadt Wien bei ihren Bemühungen, ihre Klimaziele zu erreichen.

Besonderheiten:

• hybride Quelle RingGrabenKollektor & Bohrsonden
• optimierte Bohrsondenanbindung nach Tichelmann
• RingGrabenKollektor synergetisch in der Sauberkeitschicht vergossen

Beteiligte Firmen und Einrichtungen:
wp-plus, RGK e.U. Ing. Arne Komposch

Ausgangslage:

Zwischen der ersten urkundlichen Erwähnung des früher als „Leiten“ bekannten Gutes 1323 bis zum Verkauf an Georg Spiegelfeld und Holzbauunternehmer Oskar Praßl im Jahr 2015 hat das ehemalige Wasserschloss nicht nur mehrfach die Besitzer gewechselt, es wurde im Laufe der Zeit auch des Öfteren aus- und umgebaut. In den vergangenen sieben Jahrzehnten wurde es unter anderem als Bildungshaus, Gymnasium und zuletzt als privates Wohn- und Pflegeheim geführt, das nach dem Konkurs des Eigentümers geschlossen wurde.

Das Schloss sollte weiterhin humanitär genutzt werden um gemeinsam mit der Initiative SOS-Menschenrechte schwer traumatisierte Jugendliche unterbringen. Da dieses Projekt seitens der Politik scheiterte, ist Oskar Praßl ausgestiegen und die Räumlichkeiten standen leer. Georg Spiegelfeld hat dessen Anteile gekauft und machte sich gemeinsam mit seinem Sohn daran, das Schloss zu Österreichs erstem energieautarkem Schloss mit 17 Mietwohnungen umzubauen.

Ziel:

Historisches schützen und dennoch mit der Zeit gehen, dieses Ziel haben sich Georg Spiegelfeld und Sohn Nikolaus bei diesem Projekt auf die Fahnen geheftet und werden Schloss Losensteinleiten zum ersten energieautarken Schloss Österreichs machen.

Die Sanierung des Schloßobjekts bedingte umfangreiche Erdarbeiten um das Sockelmauerwerk frei und damit trocken zu legen. Auch wurde ein mächtiges Entwässerungsbauwerk errichtet um oberflächliches Hangwasser abzuleiten und dem Schloßteich zuzuführen. Das Hauptgelände wurde zugunsten einer Nutzung als Schloßpark terassiert. Im Zuge dieser Erdarbeiten - die sich über 3 Monate zogen - wurde in 3 Wochen die Erdwärmequelle errichtet. Diese ist als Anergienetz mit RingGrabenKollektor ausgeführt, das dem Prinzip der kalten Nahwärme folgend mehrere Wärmepumpen, die den unterschiedlichen Nutzungseinheiten zugeordnet sind, versorgt. Der westliche und östliche Flügel des Erdwärmenetzes wird jeweils per Verteilerschacht angebunden und im Schloß zum kalten Netz zusammengeführt.

Besonderheiten:

• erstes energieautarkes Schloß mit Erdwärmepumpe
• RingGrabenKollektor als Anergienetz
• synergetische Planung der Quelle in den Erdbau integriert

Auf den folgenden Bildern sieht man das von wp-plus geplante und verlegte Anergienetz mit RingGrabenKollektoren: