Foto-Atelier Gerhard Wolkersdorfer
Die Einsparung fossiler Energie zählt heute in allen Sektoren zu den wichtigsten Kenngrößen wettbewerbsfähiger Versorgungskonzepte und ist gleichzeitig Indikator für eine aktive Umwelt- und Sozialverantwortung. Die Gebäudebewirtschaftung im Freizeit- und Tourismussektor ist von diesen Anforderungen in besonderem Maß betroffen: Rechtliche Vorgaben, hoher Kostendruck und ein oft hoher Energiebedarf fordern kluge Anpassungen und Investitionen in erneuerbare Energien und effizienzoptimierte Energiekonzepte.
Der Artikel kompakt zusammengefasst
■ Nach der Installation von fünf Wärmepumpen in der Alpentherme Gastein blieb der erwartete Transformationserfolg aus. Statt der Wärmepumpen wurde weiterhin prioritär die Fernwärmeversorgung angesteuert.
■ Hintergrund war eine gestörte Anlagenhydraulik mit negativen Auswirkungen auf die die Plantemperaturen sowie die Taktungsfrequenz und die Laufzeit der Wärmepumpen.
■ Die Hydraulik wurde durch den Einbau von drei Zortström-Anlagen geordnet. Ihre Integration wurde so geplant, dass die bestehenden Rohrtrassen weiter genutzt werden konnten.
■ Nach dem Umbau der Hydraulik sind im Jahr 2021 die Energiekosten um rund 82 000 Euro gesunken.
Die Alpentherme Gastein in Bad Hofgastein im Salzburger Land hat schon vor einigen Jahren damit begonnen, technologische Maßnahmen auf den Weg zu bringen, um die ökonomische und ökologische Zukunftsfähigkeit des gefragten Badbetriebs langfristig sichern zu können.
Insgesamt 36 000 m2 Sport- und Wellness-Areal müssen rund um die Uhr ausfallfrei thermisch versorgt werden. Dabei ist eine Vielzahl unterschiedlicher Temperaturvorgaben einzuhalten – von der Raumbeheizung über die Bereitstellung von Warmwasser in den Duschen bis hin zu spezifischen Temperaturen in den Schwimm-, Bade- und Wellnessbecken.
Mit der Installation von insgesamt fünf Wärmepumpen sah sich die Betreibergesellschaft für eine Gebäudebewirtschaftung mit deutlich verringerten Betriebskosten auf der Basis erneuerbarer Energien zunächst gut aufgestellt. Ziel war es, die bis dato zu 90 % aus Erdgas erzeugte Fernwärme durch einen umweltverträglicheren Wärmebezug zu ersetzen.
Gestörte Anlagenhydraulik
Zortea
Trotz weitreichender Investitionen für die neuen Wärmeerzeuger stellte sich der Transformationserfolg jedoch nicht wie erwartet ein. Anstelle der Wärmepumpen – vier Niedertemperatur-Wärmepumpen mit jeweils 215 kW und eine Hochtemperatur-Wärmepumpe mit 480 kW Heizleistung – wurde weiterhin prioritär die Fernwärmeversorgung angesteuert. Die Deckungsbeiträge des potenziell verfügbaren Geothermiesystems blieben vollständig ungenutzt.
Die Ursache: eine gestörte Anlagenhydraulik – ein in der HLK-Branche seit Jahrzehnten bekanntes Problem mit signifikanten Auswirkungen auf die Systemeffizienz der gesamten energetischen Infrastruktur. Insbesondere davon betroffen sind in die Jahre gekommene, komplexe Gebäudestrukturen. Die in entsprechenden Objekten vielfach verbauten Balkenverteiler stoßen im Betrieb gerade bei häufigen Laständerungen und hoher Spitzenlast schnell an technische Grenzen.
Eine unzureichende Anlagenhydraulik führt wiederum dazu, dass sich die für einen optimalen Wärmepumpenbetrieb erforderlichen Arbeitsbedingungen nicht realisieren lassen. Negative Auswirkungen hat dies auf die Taktungsfrequenz der Wärmepumpen, die Plantemperaturen und die Laufzeit der Wärmepumpen. Darüber hinaus können potenziell verfügbare Niedertemperaturen aus einer oder mehreren kombinierten Quellen nicht effizient in die Versorgungsstruktur integriert werden.
Zortström als hydraulischer Nullpunkt
Anfang der 1990er-Jahre meldete das Vorarlberger Gebäudetechnikunternehmen Zortea erste Patente für eine Technologie an, die hydraulisch optimale Voraussetzungen für die (multiple, multivalente) Erzeugung und Verteilung von Wärme (und Kälte) schafft (siehe Info-Kasten). In den Folgejahren wurde das Engineering rund um das Kernprodukt Zortström weiter ausdifferenziert und an die jeweils aktuellen und perspektivischen Marktanforderungen angepasst. Auf Grundlage einer hohen Antizipations- und Adaptionskompetenz entwickelte sich Zortea vom frühen Hydraulikpionier zu einem heute fest etablierten Technologiepartner der Energiewende.
Dabei ist das tri-funktionale Grundprinzip des Zortström – ein hydraulisch sauberes Sammeln, Speichern und Verteilen von Wärme und Kälte mittels vollständiger Volumenstromentkopplung und exakter Temperaturstufentrennung – über die letzten Jahrzehnte bis zu den gegenwärtig geplanten und gefertigten Anlagen unverändert geblieben.
Es ermöglicht, dass der thermische Output verschiedener Kälte- und Wärmequellen – unabhängig ob konventionell und regenerativ erzeugt – ohne eine wechselseitige Beeinflussung zusammengeführt und mit einer optimalen Temperaturverteilung und präzisen Trennung einzelner Schichten im Speicher vorgehalten werden können.
Das Resultat: Die Einbindung eines Zortström als hydraulischer Nullpunkt gewährleistet einen Anlagenbetrieb unter technisch optimalen Bedingungen mit maximalen Laufzeiten von Wärmepumpen und ohne hydraulische Störungen. Neben einem effizienzoptimierten Einsatz von regenerativen Erzeugertechnologien können darüber hinaus auch Wärmerückgewinnungsverfahren in die thermische Versorgung einbezogen werden.
Hoher COP, gesenkte Betriebskosten
Insgesamt drei Zortström-Anlagen (Ausführungen Multi-H und Multi-PG-H) sowie zwei Pufferspeicher sind heute in der Alpentherme zentraler Funktionsteil des modernisierten HLK-Systems mit optimierter Anlagenhydraulik. Installiert wurden dafür ein 2-stufiger Zortström Multi-H mit einem Durchmesser von 1300 mm und einem Inhalt von 1480 l, ein 3-stufiger Zortström Multi-PG-H (1000 mm, 1690 l sowie ein 5-stufiger Zortström Multi-PG-H (1200 mm, 2940 l). Die Integration in die energetische Infrastruktur vor Ort wurde so geplant, dass die bestehenden Rohrtrassen weiter vollständig genutzt werden konnten und bauseitig nur sehr geringfügige Anpassungen vorgenommen werden mussten.
Zortea
Die Sammel-, Speicher- und Verteilanlagen schaffen die Voraussetzungen dafür, dass die aus dem Thermalwasser gewonnene Wärme bedarfs- und temperaturoptimiert dort ankommt, wo sie benötigt wird. Die hydraulische Trennung aller Abnehmer, die exakte Temperaturtrennung und die gesteuerte, präzise Temperaturschichtung generieren optimale Arbeitsbedingungen für die Wärmepumpen und ermöglichen zudem eine effiziente Integration von Niedertemperaturen in die energetische Infrastruktur, unter anderem jene aus der Wärmerückgewinnung von Thermalabwasser. Dabei wird Abwasser aus Wannenbädern, Therapiebecken oder Beckenüberläufen in einem speziell dafür angelegten Retentionsbecken gesammelt und als Quelle für die Niedertemperatur-Wärmepumpen genutzt und die rückgewonnene Wärme in die passende Temperaturstufe des Zortström geleitet.
Die vier Niedertemperatur-Wärmepumpen heben das mitteltemperierte Thermalwasser auf 50 °C an, versorgen die Lüftungsanlagen, die Beckenwassererwärmer, die Fußbodenheizungen und wärmen das Trinkwasser vor. „Hygienetemperaturen“ erzeugt die Hochtemperatur-Wärmepumpe. Zwei Puffer wurden komplementär installiert, um sowohl die Starts als auch die Laufzeiten der vier Niedertemperatur-Wärmepumpen zu optimieren.
Die hohe Präzision des Zortström-Prinzips – insbesondere die exakte Einhaltung sämtlicher Soll-Temperaturen – führt zu einem sehr hohen COP im Wärmepumpenbetrieb, der sich positiv auf die Betriebskosten und die Emissionsbilanz der Alpentherme Gastein auswirkt: Im Jahr 2021 konnte die Sport- und Wellnesseinrichtung ihre Energiekosten um rund 82 000 Euro senken, die Reduktion der CO2-Emissionen lag bei gut 370 t.
Als Wärmequelle steht Thermalwasser zur Verfügung, das in Gastein mit etwa 46 °C direkt aus den Felsen sprudelt und über einen Hochbehälter der Marktgemeinde Bad Hofgastein die Alpentherme mit etwa 42 °C erreicht. Hier wird es entweder direkt oder über die Wärmepumpen genutzt. Nach dem Wärmeentzug in der Hochtemperatur-Wärmepumpe (65/45 °C) wird das Thermalwasser mit etwa 22 °C in einen kalten Hochbehälter der Marktgemeinde Bad Hofgastein zurückgespeist. Ein Retentionsbecken sammelt die Überläufe aus den Hochbehältern und das Themalabwasser aus der Alpentherme und fungiert als Wärmequelle für die Niedertemperatur-Wärmepumpen (50/35 °C). Ihr Quellenrücklauf mit einer Temperatur von etwa 8 °C wird schließlich in die Gasteiner Ache abgeleitet.
Zortea
Ausblick
Das energetische Adaptionsprojekt der Alpentherme Gastein zeigt, wie eine intelligent konzipierte Hydrauliklösung auch einen energieintensiven Gebäudebetrieb ökonomisch und ökologisch entlasten kann. Als Resultat zahlreicher Modernisierungsmaßnahmen und technischer Anpassungen in den vergangenen Jahren, zählt das Bad inzwischen zu den Vorzeigebetrieben in den Bereichen Energieeffizienz, Ressourcenschonung und Klimaneutralität.
Weiteres Ziel ist es, die Alpentherme als Null-Emissions-Therme aufzustellen. Dafür soll zukünftig unter anderem die gesamte Wärmebereitstellung mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen erfolgen und der Betrieb der technischen Anlagen durch Investitionen in die Gebäudeautomation zusätzlich optimiert werden.
Zortea
Lösung für hydraulisches Grundsatzproblem
Vor über 30 Jahren entstand in dem Vorarlberger Familienbetrieb Zortea die technologische Antwort auf das wiederkehrende Problem einer unzureichenden Systemhydraulik. Das Zortström-Prinzip erwies sich als so einfach und effektiv, dass schnell nationale und internationale Umwelt- und Innovationspreise folgten. Heute ist die patentierte Technologie ein die Wirtschaftlichkeit steigernder Bestandteil von über 6500 Anlagen in ganz Europa.
Die funktionale und ökonomische Wirksamkeit der Zortström-Technologie wurde im Rahmen wissenschaftlicher Studien und durch zahlreiche Betriebsbilanzen vielfach untermauert. Sie zählt damit zu den effektivsten Instrumenten eines nachhaltigen und zugleich besonders wirtschaftlichen Energiemanagements.
Inzwischen hat Zortea die Zortström-Technologie in nahezu allen Anwendungskontexten erfolgreich eingesetzt – im Gesundheitswesen und Gewerbe ebenso wie in Industrie, in Verwaltungskomplexen, in Freizeiteinrichtungen oder in Schulgebäuden. Die erzeugerseitigen Kombinationsmöglichkeiten sind dabei unbegrenzt: Biomasse-Heizkessel, Wärmepumpen, Solarthermieanlagen oder Abwärmekapazitäten lassen sich bestmöglich in eine energetische Versorgungsstruktur integrieren und durch frei wählbare Systeme für Spitzenlasten ergänzen.
Für Großprojekte plant und fertigt Zortea die Anlagen grundsätzlich als Individuallösung. Aber auch kleinere Objekte bis zum Einfamilienhaus können mit Kompaktausführungen ausgerüstet werden. Sie bieten insbesondere den Vorteil einer sehr einfachen Installation und Inbetriebnahme bei gleichzeitig geringem Wartungsaufwand.
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