Im Rahmen der Schweizer Energiewende muss der Energieverbrauch, insbesondere der Anteil der fossilen Brennstoffe, reduziert werden. Dies wurde auch an der Konferenz der Kantonalen Energiedirektoren bekräftigt, indem die verschärften Mustervorschriften der Kantone im Energiebereich (MuKEn 2014) klar verabschiedet wurden.
Es wurde in den MuKEn 2014 fest- gehalten, dass die erneuerbaren Energien zu fördern sind und die Energieef zienz zu erhöhen ist, wodurch der Schadstoffausstoss minimiert wird.
Die einfachste und schnellste Massnahme ist die Abwärmenutzung (AWN). Dabei werden mit minimalen Investitio- nen Energien genutzt, welche man sonst ins Freie abführen müsste. Eine wichtige Massnahme ist der Einsatz von Hochtemperatur-Wärmepumpen, mit welchen Temperaturen über 70 Grad erreicht werden können.
Das Management des Grand Resorts in Bad Ragaz (GRBR) fasste im Rahmen der strategischen Planung den Entschluss, mit geeigneten Massnahmen den Verbrauch fossiler Brennstoffe möglichst zu vermeiden und damit auch den Schadstoffaus- stoss zu minimieren. Es war aber schwierig, aufgrund des komplexen und weit verzweigten Wärmeverbundes und der unterschiedlichen Betriebszeiten sowie Medien-Temperaturen, wirtschaftliche Lösungen zu nden. Deshalb wurde, im Rahmen eines Energiekonzeptes, der Einsatz einer Hochtemperatur-Wärmepumpe (HT-WP) geprüft.
Die Zielsetzung des Konzeptes war, eine WP korrekt auszulegen und diese möglichst effektiv einzubinden. Jedoch be-steht das Problem, dass viele Verbraucher im Nahwärmeverbund Betriebstemperaturen von über 70 Grad benötigen. Die meisten heute in der Schweiz eingesetzten WP können aber, mit vernünftigem Aufwand, nur unterhalb von 70 Grad betrieben werden. Aus diesem Grund wurde eine zweistufige HT-WP von 1 MW Wärmeleistung im Jahr 2012 sternförmig in die Hydraulik eingebunden, um die beiden bestehenden Erdölkessel von je 3.2 MW zu entlasten. Die WP nutzt als Wärmequelle einerseits das abgebadete Wasser der Innen- und Aussenbecken, andererseits die Abwärme der Klimakälte.
Mittlerweile hat sich die eingesetzte HT-WP als betriebssichere, ökologische wie auch ökonomische Lösung bewährt. Die getätigten Investitionen konnten schon nach den ersten beiden Betriebsjahren durch Erdöleinsparungen amortisiert werden. Die Hauptgründe dafür sind: Maxi- male AWN verdampferseitig aus abgebadetem Wasser von ca. 28 Grad, welches zuerst in ein Becken von 280 m3 gelangt, bevor es in die Kanalisation entleert wird. Zudem wurde die Wärmespeicher-Kapazität kondensatorseitig, durch grössere Wasserspeicher von 20 m3, erhöht.
Mit diesen Erkenntnissen werden Fachplaner, Betreiber und Bauherrschaften ermuntert, insbesondere bei älteren Heizungsanlagen mit höheren Betriebstemperaturen, den Einsatz solcher HT-WP zu prüfen. Als Hilfsmittel dienen Datenauswertungen, beispielsweise aus dem Energiecontrolling, zur korrekten Dimensionierung der Energieerzeuger. Ein konkreter Einsatzbereich sind komplexe Gebäude, in welchen das ganze Jahr gleichzeitig geheizt und gekühlt wird. Dabei dient die Ab- wärme aus gewerblichen und Klimakälte- anlagen, oder wie in diesem Fall abgebadetes Wasser mit einem Temperaturniveau von ca. 26 bis 34 Grad, als Wärmequelle. Mittels der zweistufigen HT-WP können die Temperaturen kostengünstig auf über 70 Grad angehoben werden, zur Speisung der Brauchwarmwasser (BWW) und der Heizgruppen. Dabei wird, wie angedacht, die Energieeffizienz der Wärmeerzeugung erhöht, der Verbrauch fossiler Brennstoffe drastisch gesenkt und damit auch der Schadstoffausstoss minimiert.
Das Grand Resort Bad Ragaz AG (GRBR) hat in der Vision und Mission die zentrale Bedeutung des Thermalquellwassers und die enge Verbundenheit mit der Natur niedergeschrieben. Deshalb hat sich das GRBR auch der Nachhaltigkeit, für einen sorgfältigen Umgang mit den Um- welt-Ressourcen, verp ichtet. Das Haupt- ziel ist die Nutzung von 100 Prozent erneuerbaren Energien, mit einer vollstän- digen Eliminierung des CO2-Ausstosses auf der Parzelle:
Die zentrale Massnahme zur Verwirklichung des Hauptziels ist die maximale Wärmenutzung aus dem Thermalquellwasser. Aufgrund eines Energiekonzeptes kristallisierte sich als effektivste Lösung der Einsatz einer 2-stufigen HT-WP her- aus. Damit kann die Abwärme aus dem abgebadeten Wasser genutzt werden, um den Nahwärmeverbund mit Temperaturen > 70 Grad zu speisen.
Hydraulische Einbindung
Die Idee, zweistu ge HT-WP in einem Nahwärmeverbund wie im GRBR einzusetzen, ist nicht neu (Zogg, 2008). Die Neuheit ist die effektive Einbindung, wie im stark vereinfachten Schema abgebildet:
Die Innovation dieser hydraulischen Einbindung beinhaltet folgende Elemente:
Dimensionierung der WP mit Hilfe des Energiecontrollings. Dabei wurden Tagesmessungen analysiert und für den jeweiligen Betriebszustand ausgewertet.
Zusammenführen aller Wärmequellen, in diesem Fall das abgebadete Wasser aller Bäder, in ein zentrales Speicherbecken. Da-mit wird die Verweilzeit erhöht, bevor das Wasser in die Kanalisation geleitet wird.
Hydraulische Einbindung der WP zwischen dem Speicherbecken und grösseren Wasserspeichern, mit sternförmiger Wärmeverteilung zu allen Unterstationen. Dadurch ist ein kontinuierlicher Betrieb, mit grösstmöglichem COP (Coefficient of Performance), möglich.
AWN mit Zwischenkreis aus dem abgebadeten, verschmutzten Wasser mit gut reinigbaren und nicht korrosionsanfälligen Rippen-Wärmetauschern.
Zweistu ger WP-Betrieb, dadurch muss ein Kompressor nicht den gesamten Hub von 40 auf 70 Grad übernehmen. Damit resultiert ebenfalls ein hoher Gesamt-COP.
Die beiden dezentralen Spitzenlastkessel werden nur bei tieferen Aussentemperaturen hinzugeschaltet und produzieren die Restleistung, die momentan im Nahwärmeverbund benötigt wird. Die WP, die bei den Hauptverbrauchern positioniert wurde, ist dadurch dauernd in Betrieb und schaltet praktisch nicht mehr aus.
