Wärme- und Kältewende

Campus-Wärmenetze bilden häufig das Rückgrat der thermischen Versorgung einer Universität. Sie ermöglichen eine zentrale oder teilzentrale Versorgung mehrerer Gebäude und bieten gute Voraussetzungen für die Integration erneuerbarer Wärmequellen und Abwärme.

• Zentrale Wärmesysteme: Eine zentrale Energiezentrale versorgt mehrere Gebäude über ein gemeinsames Wärmenetz. Dieses Konzept eignet sich besonders für dichte Campusstrukturen mit hohem und kontinuierlichem Wärmebedarf.

• Dezentrale thermische Versorgung: Einzelne Gebäude oder Gebäudeblöcke verfügen über eigene Wärmeerzeuger. Dies kann bei weit verstreuten Liegenschaften oder speziellen Nutzungsanforderungen sinnvoll sein.

• Hybride Netzansätze: Zentrale und dezentrale Komponenten werden kombiniert. Beispielsweise kann ein zentrales Niedertemperaturnetz durch dezentrale Wärmepumpen in einzelnen Gebäuden ergänzt werden.

• Verbundene Campus-Verteilsysteme: Mehrere Teilnetze oder Energiezentralen werden miteinander gekoppelt, um Redundanz, Flexibilität und Lastmanagement zu verbessern.

Für das Facility Management ist entscheidend, dass das gewählte Netzkonzept zur Gebäudestruktur, zur zukünftigen Campusentwicklung und zu den technischen Anforderungen der Nutzer passt.

Vor jeder Umstellung muss die vorhandene Infrastruktur systematisch analysiert werden. Ziel ist es, technische Risiken, Effizienzverluste und Modernisierungspotenziale zu erkennen.

Eine gründliche Bestandsaufnahme sollte technische Dokumentation, Vor-Ort-Inspektionen, Verbrauchsdaten, Temperaturverläufe, Wartungsberichte und Nutzeranforderungen einbeziehen. Besonders wichtig ist die Prüfung der Systemtemperaturen. Hohe Vorlauftemperaturen begrenzen häufig die Einbindung von Wärmepumpen, Solarthermie oder Abwärmequellen. Deshalb sollte frühzeitig untersucht werden, welche Gebäude bereits für niedrigere Netztemperaturen geeignet sind und wo Anpassungen an Heizflächen oder Lüftungsanlagen erforderlich werden.

Die Optimierung bestehender Wärmenetze ist häufig der erste Schritt vor größeren Investitionen. Sie reduziert Energieverluste und schafft bessere Voraussetzungen für erneuerbare Wärmesysteme.

• Hydraulischer Abgleich: Durch korrekte Einstellung von Volumenströmen werden Über- und Unterversorgung vermieden. Dies verbessert die Wärmeverteilung und reduziert Pumpenergie.

• Reduzierung von Wärmeverlusten: Rohrleitungen, Armaturen und Übergabestationen müssen ausreichend gedämmt und regelmäßig auf Wärmeverluste geprüft werden.

• Optimierung der Vorlauftemperatur: Die Netztemperaturen sollten so niedrig wie möglich und so hoch wie nötig gefahren werden. Dies erhöht die Effizienz von Wärmepumpen und reduziert Verteilverluste.

• Integration intelligenter Regelungssysteme: Digitale Steuerungen ermöglichen eine bedarfsgerechte Anpassung an Außentemperatur, Belegung, Zeitprogramme und Lastspitzen.

• Einbindung thermischer Speicher: Speicher können Lastspitzen glätten, erneuerbare Wärme besser nutzbar machen und die Betriebszeiten von Wärmeerzeugern optimieren.

Erneuerbare Wärmequellen können die fossile Wärmeversorgung schrittweise ersetzen oder ergänzen. Die Auswahl geeigneter Technologien hängt von Standortbedingungen, Temperaturanforderungen, Flächenverfügbarkeit, Gebäudetypen und Wirtschaftlichkeit ab.

Wärmepumpen eignen sich besonders für Niedertemperatursysteme und können Umweltwärme aus Luft, Erdreich, Grundwasser oder Abwärmequellen nutzen. Geothermie bietet stabile Quellentemperaturen und kann langfristig eine zuverlässige Grundlast bereitstellen. Solarthermie ist vor allem für Warmwasser und saisonale Unterstützung geeignet. Biomasse kann in bestimmten Fällen eine Alternative sein, erfordert jedoch eine verlässliche Brennstoffversorgung, Lagerflächen, Emissionsmanagement und einen höheren betrieblichen Aufwand.

Wärmepumpen spielen eine zentrale Rolle bei der Dekarbonisierung der Wärmeversorgung.

• Luft-Wasser-Wärmepumpen: Sie nutzen Außenluft als Wärmequelle und sind vergleichsweise flexibel installierbar. Ihre Effizienz schwankt jedoch mit der Außentemperatur.

• Erdgekoppelte Wärmepumpen: Sie nutzen Erdsonden oder Erdkollektoren und erreichen meist stabile Leistungszahlen. Voraussetzung sind geeignete geologische Bedingungen und verfügbare Flächen.

• Hybride thermische Systeme: Wärmepumpen werden mit bestehenden Kesseln, Wärmenetzen oder Speichern kombiniert. Dies erleichtert den Übergang und erhöht die Versorgungssicherheit.

• Integration in Niedertemperaturnetze: Wärmepumpen arbeiten besonders effizient, wenn Heizflächen und Lüftungsregister mit niedrigen Vorlauftemperaturen betrieben werden können.

Das Facility Management muss bei Wärmepumpen nicht nur die Jahresarbeitszahl betrachten, sondern auch Schallschutz, Aufstellflächen, elektrische Anschlussleistung, Wartungszugänglichkeit, Redundanz und Betriebssicherheit bewerten.

Die Integration erneuerbarer Wärme ist eine technische und organisatorische Aufgabe. Sie darf nicht isoliert betrachtet werden, sondern muss mit Netztemperaturen, Gebäudesanierung, Stromversorgung und Betriebsführung abgestimmt werden.

• Kompatibilität mit bestehender Infrastruktur: Übergabestationen, Heizflächen, Lüftungsregister und Regelungstechnik müssen mit den neuen Temperaturniveaus funktionieren.

• Saisonale Leistungsfähigkeit: Erzeuger müssen auch bei winterlichen Spitzenlasten eine ausreichende Versorgung ermöglichen.

• Auswirkungen auf den Strombedarf: Elektrische Wärmeerzeuger erhöhen die Anschlussleistung und können Anpassungen an Trafostationen oder Lastmanagement erfordern.

• Flächen- und Installationsanforderungen: Technikräume, Außenflächen, Erdsondenfelder, Speicher und Schallschutzbereiche müssen frühzeitig in die Planung einbezogen werden.

Universitäten verfügen über zahlreiche technische Prozesse, die nutzbare Abwärme erzeugen. Diese Abwärme bleibt häufig ungenutzt, obwohl sie in Wärmenetze, Warmwasserbereitung oder Vorwärmsysteme eingebunden werden kann.

Besonders Rechenzentren bieten durch den kontinuierlichen Betrieb ein hohes Potenzial. Laborgebäude können ebenfalls relevante Wärmemengen liefern, insbesondere bei hohen Luftwechselraten. Kälteanlagen erzeugen Kondensatorwärme, die für Warmwasserbereitung oder Heizungsunterstützung verwendet werden kann, sofern das Temperaturniveau geeignet ist.

Eine wirksame Abwärmenutzung erfordert ein abgestimmtes Konzept aus Erfassung, Übertragung, Speicherung und Verteilung.

• Wärmeübertragersysteme: Sie übertragen Wärme aus Abluft, Kühlkreisläufen oder Prozessmedien auf Heiz- oder Speichersysteme.

• Wärmerückgewinnung in Lüftungsanlagen: Besonders bei Laboren und Gebäuden mit hohen Luftmengen können Wärmerückgewinnungssysteme erhebliche Einsparungen erzielen.

• Wiedereinspeisung in Wärmenetze: Abwärme kann in zentrale oder dezentrale Wärmenetze eingebunden werden, wenn Temperatur, Verfügbarkeit und Regelungstechnik passen.

• Vorwärmung von Trinkwarmwasser: Niedrigere Temperaturniveaus können für die Vorwärmung genutzt werden, bevor eine Nachheizung erfolgt.

• Integration thermischer Speicher: Speicher erhöhen die Nutzbarkeit von Abwärme, wenn Erzeugung und Bedarf zeitlich nicht übereinstimmen.

Das Facility Management sollte Abwärmequellen nicht nur energetisch bewerten, sondern auch hinsichtlich Verfügbarkeit, Temperaturprofil, Betriebszeiten, Hygieneanforderungen und technischer Zuverlässigkeit.

Abwärmesysteme müssen dauerhaft zuverlässig funktionieren. Eine rein rechnerische Einsparung reicht nicht aus, wenn die Anlage im Betrieb nicht stabil geregelt oder gewartet werden kann.

• Monitoring- und Regelungssysteme: Temperaturen, Volumenströme, Betriebszeiten und Wärmemengen müssen erfasst und ausgewertet werden.

• Wartungszugänglichkeit: Filter, Wärmeübertrager, Pumpen, Ventile und Sensoren müssen für Inspektion und Reinigung gut erreichbar sein.

• Zuverlässigkeit der Rückgewinnungssysteme: Die Primärfunktion von Laboren, Rechenzentren oder technischen Anlagen darf nicht beeinträchtigt werden.

• Nachweis der Energieperformance: Einsparungen sollten durch Messdaten überprüft und regelmäßig bewertet werden.

Prozesskälte unterscheidet sich von Komfortkälte, da sie häufig für technische, wissenschaftliche oder sicherheitsrelevante Anwendungen benötigt wird. Ausfälle können Forschungsbetrieb, IT-Sicherheit oder technische Prozesse erheblich beeinträchtigen.

• Forschungslabore: Kühlung für Geräte, Versuchsaufbauten, Chemikalienlagerung oder Lüftungssysteme.

• Reinräume: Präzise Temperatur- und Feuchteregelung für sensible Forschungs- oder Produktionsbedingungen.

• Rechenzentren: Dauerhafte Kühlung zur Sicherstellung der IT-Verfügbarkeit.

• Spezialisierte technische Einrichtungen: Kühlung für Prüfstände, medizinische Technik, Lasersysteme oder andere Sonderanlagen.

Für diese Bereiche sind Redundanz, Betriebssicherheit und schnelle Störungsreaktion besonders wichtig.

Kaltwassersysteme eignen sich für größere Gebäude oder Verbrauchergruppen mit hohem Kältebedarf. Freikühlung nutzt niedrige Außentemperaturen, um mechanische Kälteerzeugung zu reduzieren. Direktkühlgeräte sind für einzelne Technikräume geeignet, können aber bei größerer Anzahl den Wartungsaufwand und Stromverbrauch erhöhen. Hybride Systeme kombinieren verschiedene Kühlprinzipien und ermöglichen eine flexible Anpassung an Last und Wetterbedingungen.

Prozesskälte sollte kontinuierlich optimiert werden, da sie in vielen Hochschulbereichen einen erheblichen Anteil am Stromverbrauch verursacht.

• Bedarfsabhängige Kältesteuerung: Kälteerzeugung und Verteilung müssen an tatsächliche Lasten, Betriebszeiten und Raumzustände angepasst werden.

• Hocheffiziente Kältemaschinen: Moderne Anlagen mit hoher Teillasteffizienz reduzieren Stromverbrauch und Betriebskosten.

• Wärmerückgewinnung aus Kälteanlagen: Die Kondensatorwärme kann für Heizung, Warmwasser oder Vorwärmung genutzt werden.

• Drehzahlgeregelte Antriebe: Pumpen, Ventilatoren und Verdichter sollten variabel betrieben werden, um den Energieeinsatz bei Teillast zu senken.

• Kontinuierliches Performance-Monitoring: Kennzahlen wie Kälteleistung, Stromverbrauch, Betriebsstunden und Temperaturspreizung müssen regelmäßig geprüft werden.

Passive Kühlmaßnahmen reduzieren den Bedarf an mechanischer Kühlung und verbessern den sommerlichen Wärmeschutz. Sie sollten bei Neubauten, Sanierungen und Betriebsoptimierungen systematisch berücksichtigt werden.

• Sonnenschutz: Außenliegende Verschattung, automatisierte Lamellen, Sonnenschutzverglasung und geeignete Fassadengestaltung reduzieren solare Wärmeeinträge.

• Natürliche Lüftung: Nachtlüftung und kontrollierte Fensterlüftung können Gebäude thermisch entlasten, sofern Sicherheit, Akustik und Luftqualität berücksichtigt werden.

• Nutzung thermischer Masse: Massive Bauteile können Wärme aufnehmen und zeitversetzt wieder abgeben. Dies stabilisiert Raumtemperaturen.

• Gründächer: Begrünte Dachflächen reduzieren Oberflächentemperaturen, verbessern Regenwasserrückhalt und können das Mikroklima positiv beeinflussen.

• Verbesserungen der Gebäudehülle: Dämmung, luftdichte Anschlüsse und optimierte Fenster reduzieren Wärmegewinne im Sommer und Wärmeverluste im Winter.

Aktive Kühlstrategien sollten nicht pauschal, sondern nutzungsabhängig geplant werden. Seminarräume, Labore, IT-Flächen und Bibliotheken haben unterschiedliche Temperaturanforderungen und Belegungsprofile. Eine zonierte Kühlung verhindert, dass ungenutzte Bereiche unnötig gekühlt werden. Intelligente Regelungssysteme ermöglichen Zeitprogramme, Lastverschiebung, Grenzwertüberwachung und automatische Anpassungen an Wetterprognosen oder Belegung.

Ein professionelles Kühlmanagement verbindet Komfort, Energieeffizienz und Betriebssicherheit.

• Nutzerkomfort: Raumtemperaturen müssen den Nutzungsanforderungen entsprechen und Beschwerden durch Zugluft, Überhitzung oder starke Temperaturschwankungen vermeiden.

• Saisonaler Kühlbedarf: Kühlstrategien müssen auf Sommerperioden, Übergangszeiten und ganzjährige technische Lasten abgestimmt werden.

• Innenraumqualität: Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftwechsel und Luftqualität sind gemeinsam zu betrachten.

• Reduzierung des Energieverbrauchs: Sollwerte, Betriebszeiten, Regelkurven und Wartungszustand müssen regelmäßig optimiert werden.

Sanierungsfahrpläne schaffen eine klare Grundlage für die schrittweise Modernisierung der thermischen Infrastruktur. Sie helfen, Einzelmaßnahmen zu bündeln, Investitionen zu priorisieren und den laufenden Hochschulbetrieb zu schützen.

• Strukturierte Modernisierungsplanung: Maßnahmen werden zeitlich, technisch und finanziell geordnet.

• Priorisierung thermischer Verbesserungen: Gebäude mit hohem Verbrauch, schlechtem Anlagenzustand oder strategischer Bedeutung werden gezielt betrachtet.

• Ausrichtung an Nachhaltigkeitszielen: Sanierungen werden mit Klimazielen, Energiezielen und Campusentwicklungsplänen abgestimmt.

• Langfristige Investitionsplanung: Budgetbedarfe, Fördermöglichkeiten, Bauabschnitte und Betriebsrisiken werden frühzeitig berücksichtigt.

Die Bewertung sollte sowohl technische Kennzahlen als auch betriebliche Risiken einbeziehen. Ein Laborgebäude mit kritischer Forschung kann trotz mittlerem Energieverbrauch eine hohe Priorität erhalten, wenn die Versorgungssicherheit gefährdet ist. Umgekehrt kann ein Gebäude mit hohem Verbrauch und geringer technischer Komplexität ein geeignetes Pilotprojekt für schnelle Effizienzmaßnahmen sein.

Eine phasenweise Strategie reduziert Risiken und ermöglicht eine kontinuierliche Verbesserung des Campusbetriebs.

• Kurzfristige betriebliche Verbesserungen: Optimierung von Sollwerten, Zeitprogrammen, hydraulischem Abgleich, Wartung und Anlagenparametern.

• Mittelfristiger Systemersatz: Austausch ineffizienter Wärmeerzeuger, Kälteanlagen, Pumpen, Regelungstechnik und Übergabestationen.

• Langfristige Infrastrukturtransformation: Aufbau oder Umbau von Niedertemperaturnetzen, Integration erneuerbarer Wärme, Speicherlösungen und Abwärmesystemen.

• Einbindung in die Campus-Masterplanung: Sanierungen müssen mit Neubauten, Nutzungsänderungen, Flächenstrategien und übergeordneten Infrastrukturprojekten abgestimmt werden.

Ein belastbares Monitoring ist Voraussetzung für einen effizienten und zuverlässigen Betrieb. Ohne aussagekräftige Daten können Einsparpotenziale, Fehlfunktionen und unnötige Verbräuche nicht sicher erkannt werden.

• Heiz- und Kühlenergieverbräuche: Verbrauchsdaten sollten nach Gebäude, Nutzung, Anlage und Zeitraum ausgewertet werden.

• Anlagenperformance: Wirkungsgrade, Laufzeiten, Taktverhalten, Temperaturspreizungen und Lastprofile zeigen, ob Anlagen effizient arbeiten.

• Temperatur- und Komfortdaten: Innenraumtemperaturen, Feuchtewerte und Nutzerbeschwerden helfen bei der Bewertung der Raumqualität.

• Identifikation von Ineffizienzen: Auffällige Lastspitzen, Dauerbetrieb außerhalb der Nutzungszeiten oder abweichende Regelkurven müssen analysiert werden.

Weitere hilfreiche Kennzahlen können spezifische Energieverbräuche pro Quadratmeter, Anlagenlaufzeiten, Gleichzeitigkeitsfaktoren, Spitzenlasten, Wärmerückgewinnungsgrade und Kosten je Nutzungseinheit sein. Wichtig ist, dass Kennzahlen regelmäßig erhoben und mit klaren Zielwerten verglichen werden.

Die Wärme- und Kältewende ist kein einmaliges Projekt, sondern ein langfristiger Managementprozess. Die kontinuierliche Verbesserung stellt sicher, dass Anlagen nicht nur geplant, sondern auch dauerhaft effizient betrieben werden.

• Regelmäßige Performance-Reviews: Betriebsdaten sollten in festen Intervallen analysiert und mit Zielwerten verglichen werden.

• Anpassung betrieblicher Einstellungen: Sollwerte, Zeitprogramme, Heizkurven, Kühlgrenzen und Regelstrategien müssen an tatsächliche Nutzungen angepasst werden.

• Vorausschauende Instandhaltungsplanung: Wartungsmaßnahmen sollten zustandsorientiert geplant werden, um Ausfälle und Effizienzverluste zu vermeiden.

• Optimierung der Regelstrategien: Gebäudeautomation, Lastmanagement und Anlagensteuerung müssen regelmäßig überprüft und weiterentwickelt werden.