Ein Weg zu erneuerbarer Wärme und Kälte stellt die Erschließung thermischer Energie aus dem Grundwasser mittels Wärmepumpen dar. Störanfällige Vorhalte- und Verteilprozesse machen die hohen ökonomischen und ökologischen Potenziale der oberflächennahen Geothermie jedoch schnell zunichte: Oft verhindern Hydraulikprobleme und eine unzureichende Speicherqualität, dass die verfügbaren Niedertemperaturen aus regenerativen Quellen effizient in die Versorgungsstruktur eines Objekts eingebunden werden können. Mit einer kombinierten Sammel-, Speicher- und Verteil-Technologie zeigt der Hydraulik-Experte Zortea eine über viele Jahre perfektionierte Lösung auf, die heute einen zentralen Beitrag zur Verringerung von Treibhausgasemissionen im Industrie- und Gebäudesektor leistet.
Kompakt zusammengefasst
■ Grundwasser als Quelle für Wärme und Kälte bei Berger Fahrzeugtechnik ermöglicht eine ganzjährig stabile und weitestgehend erneuerbare Versorgung, ganz im Einklang mit der ganzheitlich grünen Strategie des Unternehmens.
■ Insbesondere bei der Bereitstellung der Kälte wird ein großes Potenzial realisiert: 80 % des Kältebedarfs wird direkt über das Brunnenwasser gedeckt, nur 20 % des Kältebedarfs wird aufgrund der Temperaturanforderungen über eine Kältemaschine bereitgestellt.
■ Die Einbindung zweier Zortström als zentrale Speicher und Verteiler von Wärme / Kälte ermöglicht durch die Entkopplung der Volumenströme eine Senkung des Hilfsenergieverbrauchs für Umwälzpumpen von 70 bis 90 %.
Wer Fahrzeuge produziert, trägt eine vielschichtige Umweltverantwortung: Von der Herstellung über den späteren Einsatz bis hin zur Entsorgung bzw. Verschrottung ist der Lebenszyklus motorisierter Verkehrs- und Transportmitteln eng verbunden mit hohen Energieaufwänden und Treibhausgasemissionen. Alternative Antriebslösungen und grüne Kraftstoffe stehen im Fokus des aktuellen Transformationsprozesses, der insbesondere den Schwerverkehr auf der Straße in den kommenden Jahren neu prägen wird.
Der CO2-Fußabdruck des Warentransports mittels Lkw hängt aber nicht allein von der Antriebsart, sondern auch von der bewegten Masse ab. Diese lässt sich durch eine Gewichtsreduktion der Fahrzeuge deutlich senken. Mit der Entwicklung von Sattelaufliegern und Chassis-Konstruktionen hat sich das österreichische Unternehmen Berger Fahrzeugtechnik GmbH des Ex-Formel-1-Fahrers Gerhard Berger dieser Aufgabe verschrieben und mit dem 4,7 t schweren Sattelauflieger Bergerecotrail ein Leichtgewicht seiner Klasse auf die Straßen gebracht. Doch nicht nur die Produkte selbst, auch die Herstellungsprozesse und den Standortbetrieb will Berger im Rahmen eines ganzheitlichen Unternehmenskonzepts umweltfreundlicher gestalten.
Berger Fahrzeugtechnik
Um seine Produktion von aktuell 1500 Fahrzeugen pro Jahr auf zukünftig 3000 hochfahren zu können, ließ das Unternehmen im Tiroler Radfeld auf 11 500 m2 Fläche ein neues Verwaltungs- und Fertigungsgebäude bauen, das weitgehend nachhaltig bewirtschaftet wird. Mit der Sondierung und Planung einer passenden energetischen Versorgungslösung betraute Berger Fahrzeugtechnik das bereits vielfach für umweltorientierte Umsetzungen ausgezeichnete Ingenieurbüro Moser & Partner.
Grundwasser als stabile Quelle für Kälte und Wärme
Aufgrund günstiger geologischer und hydrologischer Bedingungen am Produktionsstandort entschieden sich die Ingenieure dafür, auf eine lokale erneuerbare Energiequelle zurückzugreifen: das Grundwasser. Mit einer konstanten Temperatur von 8 bis 12 °C stellen die grundwasserführenden Schichten, die sogenannten Aquiferen, einen idealen thermischen Speicher dar, der zu jeder Jahreszeit die Versorgung mit Wärme und Kälte gewährleisten kann.
Um dieses natürliche Vorkommen zugänglich zu machen, wurden zwei Brunnen gebohrt. Aus dem Saugbrunnen wird Wasser aus einer Tiefe von bis zu 20 m zur Anlage gefördert und dem entnommenen Grundwasser Wärme zugeführt oder entzogen. Anschließend wird das Wasser über einen Schluckbrunnen wieder dem Erdreich zugeführt.
Installiert wurden dafür zwei Niedertemperatur-Großwärmepumpen mit je 450 kW Heizleistung, eine Hochtemperatur-Wärmepumpe / Kältemaschine mit 185 kW Heizleistung und ein Platten-Wärmeübertrager zur direkten Grundwasser-Kühlung mit 1050 kW Kühlleistung.
Zortström: Zentrale Entkopplung verhindert Hydraulikprobleme
Berger Fahrzeugtechnik
Die konstant temperierten Wasservorkommen aus dem Erdreich können im Winter zum Heizen und im Sommer zur Gebäudekühlung eingesetzt werden können. Sie schaffen ideale Voraussetzungen für den Betrieb der Wärmepumpen, deren Gesamtwirkungsgrad jedoch wesentlich davon abhängt, ob die angeschlossenen Vor- und Rückläufe hydraulisch sauber eingebundenen werden können und das integrierte (Niedertemperatur-)Speicherkonzept möglichst effizient und störungsfrei funktioniert.
Berger Fahrzeugtechnik
Zortea liefert mit dem Zortström hierfür eine Schlüsseltechnologie, die es ermöglicht, Kälte- und Wärmeenergie mit höchster Präzision zu speichern und zu bewegen und so die Taktung, die Arbeitstemperaturen und die Laufzeiten der Wärmepumpen auf einem optimalen Niveau zu halten sowie die Leistungsaufnahme zu minimieren.
Um Hydraulikprobleme gar nicht erst aufkommen zu lassen, wählten Moser & Partner eine ihnen bereits bekannte Lösung: Die Zortström-Technologie stellt einen Behältertypus dar, der drei Grundfunktionen in sich vereint:
● Er entkoppelt sämtliche Volumenströme der Erzeuger- und Verbraucherseite nach dem Prinzip der hydraulischen Weiche.
● Er speichert die verschiedenen für den Betrieb erforderlichen Temperaturstufen in aufeinanderliegenden thermischen Schichten mit exakter Temperaturtrennung.
● Er verteilt auch bei variierenden Lastgängen die thermische Energie bedarfsgerecht und verhindert durch die Entkopplung der Volumenströme Störungen in der Anlagenhydraulik.
Für die Kühlung und Klimatisierung wurde ein Zortström Multi-K mit sechs Temperaturstufen im Bereich zwischen 8 und 18 °C installiert. Dieser wurde durch einen Zortström Multi-PG-H ergänzt, der in insgesamt fünf Temperaturstufen zwischen 35 und 70 °C Wärme bereitstellt.
Im Sommer stammen 80 % der Kälteleistung aus Brunnenwasser
Im Sommerbetrieb stellt das Brunnenwasser mit rund 1 MW fast die gesamte Kälteleistung über einen Wärmeübertrager zur Verfügung. Das so gekühlte Kaltwasser wird im Multi-K-Zortström in eine Temperaturschicht geleitet, die als Vorlauf für Abnehmer mit nicht so hoher Kühlleistung, zum Beispiel die Bodenplatten, dient. Die unterhalb dieser Temperaturschicht angebundenen Niedertemperaturkreise werden von der Hochtemperatur-Wärmepumpe / Kältemaschine mit entsprechend tiefer temperiertem Wasser versorgt.
Zortea
Der Rücklauf des Kältekreises „Kühlregister Lüftungsgeräte“ mit einer Temperatur von 17 °C wird durch Brunnenwasser vorgekühlt und erst im Nachgang von einer Kältemaschine auf die Zieltemperatur nachgekühlt. Da die Erzeugung von Kälte mittels Hochtemperatur-Wärmepumpe / Kältemaschine mit hohem Energieaufwand verbunden ist, wird durch den Einsatz von Grundwasser zur Vorkühlung ein hohes Einsparpotenzial verwirklicht. Insgesamt stammen nur 20 % der benötigten Kälteleistung aus der Hochtemperatur-Wärmepumpe / Kältemaschine, 80 % werden unmittelbar über das Brunnenwasser nur durch Wärmeübertragung bereitgestellt.
Grundsätzlich ermöglicht die Dimensionierung des Kälte- und des Wärme-Zortström, beide sind speziell auf den Radfelder Produktionsstandort zugeschnitten, eine ideale Laufzeit sowohl der Hochtemperatur-Wärmepumpe / Kältemaschine wie auch der Niedertemperatur-Wärmepumpen. Die Abwärme aus der Hochtemperatur-Wärmepumpe / Kältemaschine zur Bereitstellung der Niedertemperaturkälte wird mit einer Leistung von bis zu 150 kW zur Trinkwassererwärmung verwendet.
In der Heizperiode wiederum wird die Abwärme von Druckluftkompressoren und einem Druckluft-Kältetrockner zur Erwärmung des Brunnenwassers eingesetzt, der Temperaturhub verringert die Leistungsaufnahme der Wärmepumpen und erhöht die Heizleistung bezogen auf die geförderte Grundwassermenge.
Die Gesamtheizleistung der Wärmepumpen beträgt sekundär 1085 kW (einmal 185 kW und zweimal 450 kW). Die Ausrichtung des Gebäudes auf Niedertemperatursysteme ermöglicht eine besonders energieeffiziente Wärmebereitstellung. Hierbei kommt dem Wärme-Zortström mit seinen präzise geschichteten Temperaturstufen eine wesentliche Funktion zu.
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