Anergie: Für Städte eine Alternative zur Erdgasheizung?

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Auch Gehsteig- und Fahrbahnflächen wie hier im 16. Wiener Gemeindebezirk sind gut geeignet, um Erdwärmesonden herzustellen. Diese können z.B. im Zuge von Straßenbauarbeiten miterrichtet werden. © ÖGUT

In Wien wurde die konkrete Machbarkeit einer großflächigen Wärmeversorgung von bestehenden Stadtteilen mit einem Solar/Erdwärmesonden/Wärmepumpen-System in Verbindung mit Anergienetzen als Ersatz zur bisherigen Versorgung durch Erdgas untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass sich der Umstieg in einem Gründerzeithaus schon nach 20 Jahren rechnet und ähnlich viel kostet wie die Fortführung von Gasheizungen.

Im Auftrag des Bundesministeriums für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie (BMK), der Stadt Wien/MA 20, und des Österreichischen Städtebundes untersuchte die ÖGUT (Österreichische Gesellschaft für Umwelt und Technik) gemeinsam mit der TU Wien, der Geologischen Bundesanstalt und dem Architekturbüro Zeininger unter dem Projekttitel „AnergieUrban“ zwei Testgebiete in der Stadt Wien. Ziel war es herauszufinden, ob Gasheizungen durch Anergiesysteme ersetzbar sind.

Erdreich als Wärme- und Kältespeicher
In Österreich heizen rund 60 Prozent der Gebäude im Stadtgebiet mithilfe von Gas. „Für die Energiewende bis 2040 benötigen wir neue Lösungen, um bestehende Gebäude mit nachhaltiger Wärme zu versorgen“, erklärt Bianca Pfefferer von der ÖGUT. Eine Möglichkeit ist es, das Erdreich unter der Stadt durch rund 100 m tiefe Erdwärmesonden als Zwischenspeicher für Sommerwärme und Winterkälte zu nutzen: Im Sommer trägt das kühle Erdreich zur Kühlung von Gebäuden bei, im Winter wird die gespeicherte Wärme zum Heizen genutzt. Im Jahresmittel bleibt die Bodentemperatur dabei unverändert.

Im Neubau wird dieses Heiz- und Kühlsystem bereits häufig eingesetzt. Im Rahmen des Projektes AnergieUrban wurde untersucht, inwieweit dies auch nachträglich in bereits bestehenden Stadtgebieten möglich ist. Gemeinsam mit den Projektpartnern untersuchte die ÖGUT in zwei repräsentativen Wiener Stadtteilen die Umsetzbarkeit eines Systems, das Solarenergie und Abwärmenutzung mit Erdwärmesonden kombiniert.

Wie funktionieren Anergiesysteme?
Unter Anergie versteht man in Zusammenhang mit Heizungen jene Form von Energie, deren Temperatur zu gering ist, um damit direkt ein Haus zu heizen oder Warmwasser zu erzeugen, allerdings warm genug ist, um über eine Wärmepumpe nutzbare Heizwärme oder Warmwasser zu erzeugen. Anergie kann beispielsweise die natürliche Wärme des Erdbodens oder die Abwärme aus Klimaanlagen sein. So hat etwa das Erdreich ab 10 Metern Tiefe ganzjährig eine konstante Temperatur von 10-12 Grad Celsius.

Bei der Errichtung von Erdwärmesonden wird mittels eines Bohrgerätes ein Loch von 15 cm Durchmesser in das Erdreich bis maximal 200 m Tiefe gebohrt. In dieses Loch wird ein PE-Kunststoffschlauch u-förmig eingebracht und als Wärmetauscher verwendet. Das Bohrloch wird anschließend mit Spezialmörtel verfüllt. Das Wasser tritt mit 4-20 °C in die Erdwärmesonde ein und wird, je nach Jahreszeit, um 3-5 Grad erwärmt oder abgekühlt. Diese kleine Temperaturspreizung reicht für den Betrieb der Wärmepumpe aus, welche die Temperatur auf das notwendige Niveau zum Heizen und zur Warmwassererzeugung anhebt.

Ein ganzes Anergienetz besteht aus Wärmequellen (Solarkollektoren, Abwärme aus Kühlung), Wärmespeicher (Erdwärmesonden) und Wärmeverbraucher (angeschlossene Gebäude mit Wärmepumpen). Diese Anlagenteile werden mit einer einfachen Rohrleitung miteinander verbunden, wodurch das Wasser mit einer Temperatur von 4-20 Grad Celsius fließt. Das Wasser transportiert die Anergie und kann mit Hilfe der Wärmepumpe zum Heizen oder zum Kühlen verwendet werden.

Werden Häuser mit Anergie geheizt und gekühlt, so ist dafür nur der Strom für die Wärmepumpe und für die Pumpe des Wasserkreislaufs notwendig. Bei einem Anergienetz mit regenerierten Erdsonden liegt die sogenannte Jahresarbeitszahl bei 6. Mit einer Kilowattstunde Strom können dabei sechs Kilowattstunden an Wärme erzeugt werden.

Genügend Bohrflächen für Erdwärmesonden vorhanden
Untersucht wurde die Machbarkeit des Anergie-Netzes in zwei unterschiedlichen Testgebieten in Wien: Am dicht verbauten Lerchenfelder Gürtel im 16. Wiener Gemeindebezirk, wo 10.000 Menschen hauptsächlich in Gründerzeithäusern wohnen, und in einer Wohnsiedlung aus den 1960er-Jahren im 14. Bezirk mit rund 2.000 EinwohnerInnen, die auch zahlreiche Freiflächen aufweist. In beiden Stadtgebieten werden die Häuser derzeit noch mit fossilem Erdgas beheizt.

Luftbild des Testgebiets in 1160 Wien.
© Google Earth

„Die Ergebnisse sind sehr erfreulich: Es stellte sich heraus, dass es sowohl ausreichend Solar- und Abwärmequellen als auch genügend Bohrflächen für Erdwärmesonden gibt, um ein flächendeckendes Anergienetz aufzubauen“, erklärt Stefan Sattler von der Wiener Magistratsabteilung 20 (Energieplanung).

Luftbild des Testgebiets in 1140 Wien: In dem locker bebauten Testgebiet in 1140 Wien finden alle Bohrungen auf den Freiflächen zwischen den Häusern Platz. Auf Flächen mit Baumbestand wurden Bohrungen ausgeschlossen. Die 3-4 geschoßigen Gebäude wurden in den 50er, 70er und 80er Jahren errichtet.
© Google Earth

Die Untersuchungen zeigten, dass sich bei einem Wiener Gründerzeithaus mit Gas-Heizungen der Umstieg bereits innerhalb von 20 Jahren rechnet. Der Vollkostenvergleich für ein Gründerzeithaus zeigt, dass die Fortführung der bestehenden Gas-Heizungen ähnliche Kosten verursacht, wie der Umstieg auf ein Solar/Erdwärmesonden/Wärmepumpen-System. „Dass die Umstellung auf erneuerbare Energien ohne Mehrkosten möglich ist, macht die Realisierung solcher Lösungen besonders attraktiv“, ist Simon Gangl vom BMK überzeugt. Ein besonderer Vorteil des neuen Systems ist, dass über Anergie im Sommer die Wohn- und Gewerbegebäude auch ohne Mehrkosten moderat gekühlt werden können.

Ausreichend Platz in der Stadt
„Die detaillierten Analysen der Freiflächen ergeben, dass auch in dicht bebauten Stadtgebieten grundsätzlich genügend Platz für Erdwärmesonden vorhanden ist“, erklärt Robert Kalasek von der TU Wien. Einen wichtigen Beitrag – etwa 60 Prozent – leisten dabei öffentliche Flächen: Gehsteige, Parkplätze und Straßen. „Es müssen aber noch geeignete Regelungen für die Nutzung der öffentlichen Flächen entwickelt werden“, ergänzt Generalsekretär Thomas Weninger vom Österreichischen Städtebund.

Die Ergebnisse des Projektes wurden in den letzten Monaten mit umsetzenden Unternehmen diskutiert. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse wurden Empfehlungen für die Gesetzgebung und Verwaltung abgeleitet. „Wichtig ist, dass bei künftigen Bauprojekten das Erdwärmepotenzial optimal genutzt wird und wenn möglich auch gleich angrenzende bestehende Gebäude mitversorgt werden“, so Gregor Götzl von der Geologischen Bundesanstalt (GBA).

Nähere Informationen: www.oegut.at