Solarcampus - Effizienz gewinnt!

Zentralmensa der Universität Kassel

Ausgangslage

Das solarcampus-Team begleitet seit dem Wintersemester 2008/2009 die Planung zum Umbau der Hauptmensa. Die Mensaleitung erwartet im Zuge der Campus-Erweiterung einen deutlichen Zuwachs der Besucherzahlen und somit eine Steigerung der Essensausgabe von 3000 auf 4500 pro Tag. Um diese Steigerung bewaltigen zu können, ist ein Ausbau der Mensa geplant (siehe Abbildungen).

 

Sicht auf die Zentralmensa vor dem geplanten Umbau (linkes Bild) und nach dem Umbau (rechtes Bild)

Die grundlegenden Daten zum Energie- und Wasserverbrauch der Mensa sind (gemittelt 2002 – 2007):

  • Wärme: 588 MWh / Jahr
  • Strom: 864 MWh / Jahr
  • Wasser: 6720 m³ / Jahr
Die aus diesen Verbrauchsdaten gebildeten Kennwerte deuten auf ein hohes Einsparpotenzial insbesondere beim Stromverbrauch hin.

 

Zielsetzung

Zur Identifizierung von Einsparpotenzialen wurden nach einer ersten Begehung mehrere Untergruppen gebildet:

  • Ziel der Untergruppe Solarthermie war es, einen Überblick über die Anlagentechnik der Mensa zu erlangen und zu prüfen, inwieweit die Einbindung einer Solarthermieanlage in das Anlagenkonzept möglich und sinnvoll ist. Dabei sollten zum einen ist die technische Machbarkeit und zum anderen die Wirtschaftlichkeit geprüft werden.
  • Die Untergruppe Spülmaschine sollte dann die technische Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit der Einbindung von Fernwärme zur Wassererhitzung in den Spülmaschinen der Hauptmensa zu prüfen.
  • Die Untergruppe Kältetechnik sollte herausfinden, welche Wärmemenge von der Kältemaschine über die Wärmerückgewinnung bereitgestellt wird. Später wurde es zur Aufgabe der Untergruppe Kältetechnik den Austausch der bestehenden Kälteanlage zu untersuchen und zu überprüfen, inwieweit sich eine neue Kälteanlage in die Planung der Universität Kassel integrieren lässt.

 

Ergebnisse

1. Integration einer Solaranlage in das Trinkwarmwasser-System

Die Anlagentechnik der Mensa besteht in ihrer jetzigen Form seit dem Bau der Mensa. Die Ausführung der Anlagentechnik ist daher dem Stand der 80er Jahre entsprechend. Sie war allerdings für damalige Verhältnisse sehr modern, so wurde zum Beispiel bereits eine Wärmerückgewinnung für die Abwärme der Kälteanlage integriert.

Es wurde ein Anlagenkonzept vorgeschlagen, welches neben der allgemeinen Berücksichtigung aktueller Richtlinien eine effizientere Nutzung der Wärmerückgewinnung aus der Kältetechnik, eine Verringerung des Bereitschaftsvolumina der Speicher und die Nutzung einer solarthermischen Anlage enthält. Dabei wurde darauf geachtet, bestehende, gut erhaltene Komponenten weiter zu verwenden. Da eine Großküche offensichtlich einen großen Bedarf an Trinkwarmwasser (TWW) hat, welcher auch nahezu ganzjährig anfällt, bietet sich die Installation einer großen solarthermischen Anlage an. Die Ergebnisse der überschlägigen Auslegung stellen sich wie folgt dar:

  • Nachdem der Gesamtwärmebedarf der Mensa an Trinkwarmwasser über Messungen bestimmt wurde, konnte überschlägig die Kollektorfläche von 120 m² ermittelt werden, die zur Deckung von 30% des Gesamtwärmebedarfs nötig wäre. Die Anlagenbetriebsdauer wird auf 20 Jahre geschätzt.
  • Durch die solare Wärme, etwa 350 kWh pro m² Kollektorfläche, würde pro Jahr der Verbrauch von rund 42 MWh fossiler Energie eingespart, was jährlichen Einsparungen von etwa 3.500 Euro entspricht. Die Investitionskosten werden auf 57.000 Euro geschätzt, wovon etwa 30% staatlich gefördert werden könnten. Die Wirtschaftlichkeit hängt von der Preisentwicklung der Fernwärme ab, welche durch die solare Wärme substituiert würde: Ohne Preissteigerung läge die Rendite des eingesetzten Kapitals bei ca. 5,5%. Schon bei einer mittleren Preissteigerung von 3,5% pro Jahr würde die Rendite auf 9,3% ansteigen.

Der Anschluss der Spülmaschinen an das Fernwärmenetz würde die Wirtschaftlichkeit der Solarthermieanlagen aufgrund des gesteigerten Wärmebedarfs weiter verbessern.

      

Neues Anlagenschema zur Warmwasserbereitstellung (WRG: Wärmerückgewinnung; TWW: Trinkwarmwasser; TKW: Trinkkaltwasser; FW: Fernwärme)

 2. Betrieb der Spülmaschinen

Die Spülmaschinen der Mensa werden derzeit rein elekrisch betrieben. Da elektrische Energie mit einem Arbeitspreis von gut 12,5 Ct./kWh gegenüber der durch Fernwärme bereitgestellten thermischen Energie (Arbeitspreis ca. 7,5 Ct/kWh) vergleichsweise teuer ist, wurde geprüft, ob eine Anbindung der Spülmaschinen an das Fernwärmenetz technisch und wirtschaftlich sinnvoll ist:

  • Aus technischer Sicht ist die Maßnahme nach Rücksprache mit Herstellern möglich. Dabei würde außerhalb der Spülmaschine ein externer Wärmeübertrager installiert, der Frischwasser mittels Fernwärme erwärmt. Das Warmwasser würde dann bei Bedarf über den standardmäßig in der Spülmaschine verbauten elektrischen Durchlauferhitzer weiter erhitzt werden. Letzteres wäre nur an heißen Sommertagen nötig, da dann die Vorlauftemperatur der Fernwärme auf etwa 70 °C abgesenkt wird.
  • Aus wirtschaftlicher Sicht ist die Maßnahme ebenfalls sinnvoll. In einer Beispielrechnung zum Betrieb einer Spülmaschine wurde festgestellt, dass bei konservativen Annahmen (ein Drittel der Wärmemenge wird elektrisch nachgeheizt) ca. 2.400 Euro pro Jahr eingespart werden können. Wenn man berücksichtigt, dass weitere Spülmaschinen angeschafft werden sollen, liegen die Einsparungen bei etwa 5.000 Euro pro Jahr. Demgegenüber stehen Investitionskosten zur Schaffung der Fernwärmeübergabestation in Höhe von rund 50.000 Euro.

 

3. Erneuerung der Kältetechnik

Die zum Zeitpunkt der Untersuchung bestehende Kälteanlage war technisch veraltet und konnte durch einen Austausch des Kältemittels nicht mehr effizient betrieben werden. Das ursprüngliche Kältemittel war FCKW-haltig und durfte nicht mehr genutzt werden. Auch die Ersatzmittel dürfen seit 2010 nur noch in Ausnahmefällen nachgefüllt werden. Desweiteren festigten sich zuletzt Bedenken bezüglich eines Ausfalls der Kälteanlage, was fur die Mensa einen erheblichen wirtschaftlichen Schaden bedeutet hätte. Aufgrund der geplanten Erweiterungs- und Umbaumaßnahmen der Hauptmensa ergab sich die Möglichkeit der Finanzierung des Austauschs der vorhandenen Kälteanlage. 

Nach ersten Schätzungen befläuft sich die Energieeinsparung durch die neue Kältenanlage auf mindestens 10 MWh/a, entsprechend etwa jährlich 1.400 Euro. Hinzu kommen jährlich etwa 3.500 Euro für den geringeren Wartungsaufwand und den Entfall der jährlichen Dichtheitsprüfung, welche beim Weiterbetrieb der alten Anlage angefallen wären. Als einmalige Einsparung kommt hinzu, dass das alte Kältemittel für etwa 40.000 Euro hätte nachgefüllt werden müssen. Insgesamt werden durch die neue Anlage also 4.900 Euro pro Jahr und einmalig 40.000 Euro an Kosten vermieden.

 



%qs_faqs%%