Die Weishaupt-Gruppe ist mit rund 3400 Mitarbeitern auf den Gebieten Brenner, Brennwerttechnik, Wärmepumpen, Solar und Gebäudeautomation tätig. Die Niederlassung in Dortmund wurde neu gebaut. Auf einer Gebäudenutzfläche von 1872 m² sind neben den Büros auch umfangreiche Schulungsmöglichkeiten für Heizungsbauer und Fachplaner sowie ein großer Lagerbereich integriert.

Das Gebäude wird ausschließlich mittels erdgekoppelter Wärmepumpen beheizt, in­stalliert sind zwei Sole/Wasser-Wärmepumpen WWP S 37 I. Die Kühlung erfolgt rein passiv über das Erdreich, eine aktive Kühlung mittels reversibler Wärmepumpen oder Kaltwassererzeuger ist nicht vorhanden. Die gesamte Anlage wird überwacht und vermessen durch Gebäudeleittechnik von Neuberger, einem Unternehmen der Weishaupt-Gruppe. Mit aufwendiger Messtechnik werden alle Wärmemengen, Strommengen, Temperaturen, Schaltzustände usw. erfasst. Das Ergebnis sind präzise Auswertungen der Gesamtanlage.

Die Verläufe der Außentemperatur und der Raumtemperatur des größten Einzelbüros zeigen, dass ganzjährig behagliche Temperaturen für die Mitarbeiter geherrscht haben – eine optimale Arbeitsatmosphäre für konzentriertes Arbeiten.

Auswertungen des Heizbetriebs

Im Jahr 2016 wurden durch die Wärmepumpen 123 880 kWh Wärme erzeugt, für die 27 496 kWh Strom benötigt wurden. Dies ergibt eine gemessene Jahresarbeitszahl von 4,5 – nicht ungewöhnlich für ein Gebäude mit Flächenheizung. Bei einem angenommenen Wärmepumpen-Stromtarif von 0,20 Euro (abschaltbar und daher preislich reduziert) ergeben sich Heizkosten von 5499 Euro/Jahr (27 496 kWh x 0,20 Euro/kWh), das entspricht 2,93 Euro pro m2 und Jahr. Für das Heizen erzeugten die Wärmepumpen CO2-Emissionen (CO2-Äquivalent-Werte aus GEMIS 4.95) von 14,6 t CO2 (27 496 kWh x 532 g/kWh). 532 g CO2 je kWh Strom entspricht dem deutschen Strommix inklusive aller Kraftwerks- und Leitungsverluste.

Ein Ökostromtarif würde im Gegensatz dazu mit 0 g CO2 je kWh Strom zu Buche schlagen. Würde die gleiche Wärme­menge mit Erdgas und einem modernen Brennwertkessel mit einem Jahresnutzungsgrad von 95 Prozent erzeugt, ergäben sich folgende Werte: 123 880 kWh / 0,95 x 289 g/kWh + 651 kWh x 532 g/kWh (Stromverbrauch für Gebläse/Regelung) = 38,0 t CO2. Die mit der Wärmepumpe (mit deutschem Strommix) emittierte CO2-Menge ist somit um 62 Prozent geringer. Die Einsparung macht 23,4 t CO2 aus. Dies entspricht einer Fahrleistung von über 195 000 km mit einem neuen PKW (120 g CO2/km).

Auswertungen des Kühlbetriebs

Die Kühlungsmenge, die rein passiv aus dem Erdreich ins Gebäude eingebracht wurde, lag im Jahr 2016 bei 25 073 kWh. Dafür wurde nur die Soleumwälzpumpe benötigt. Daraus ergeben sich Kühlkosten von 432 Euro (2161 kWh x 0,20 Euro je kWh). Beim Einsatz eines Kaltwassersatzes lägen die Kühlkosten um rund den Faktor 4 höher bei 1671 Euro (25 073 kWh / 3,0 x 0,20 Euro je kWh). Die rein passive Kühlung erzeugte damit CO2-Emissionen (CO2-Äquivalent-Werte aus GEMIS 4.95) von 1,1 t (2161 kWh x 532 g/kWh).

Beim Einsatz eines Kaltwassersatzes wären 4,4 t CO2 entstanden (25 073 kWh / 3,0 x 532 g/kWh). Die CO2-Einsparung liegt bei 75 Prozent bzw. 3,3 t CO2. Dies entspricht einer Fahrleistung von über 27 000 km mit einem neuen PKW (120 g CO2/km).

Im Fall der Niederlassung Dortmund war keine Zusatzkühlung nötig, es wurde ausschließlich passiv gekühlt. Dies zeigt wie ökologisch und ökonomisch sinnvoll das passive Kühlen mit der Erdwärmesonde ist.

Geothermiefeld umfassend analysiert

Die Erdwärmesonden wurden von BauGrund Süd realisiert, ebenfalls ein Unternehmen der Weishaupt-Gruppe.

Eine Recherche im Vorfeld der Baumaßnahme hat ergeben, dass im Bereich der Baumaßnahme geringmächtige quartäre Lockergesteine anstehen. Nach 4–6 m werden die Sedimente der Kreide erreicht. Bis in eine Tiefe von rund 30 m dominieren mehr oder weniger sandige Mergelsteine, die von Sandsteinen mit wechselndem Feinkornanteil unterlagert werden. In einer Tiefe von rund 55 m erfolgt der Übergang zu den Sprockhöveler Schichten des Oberkarbon.

Die paläozoischen Sedimente bestehen hauptsächlich aus Tonsteinen, in die zwischen 80 und 100 m Sandsteinlagen eingeschaltet sind. Im Karbon finden sich in unregelmäßigen Abständen Kohleflöze, deren generelles Streichen in Richtung Südwest nach Nordost erfolgt. Aufgrund von Hinweisen in Bezug auf Altbergbau wurde im Rahmen der Vorplanung eine geotechnisch-markscheiderische Untersuchung mit Grubenbildeinsichtnahme durchgeführt. Die Grubenbilder zeigen unterhalb der ursprünglich geplanten Teufe von 140 m ein abgebautes Flöz. Über der Abbaufläche befindet sich ein Gefährdungsband von min. 14 m, in dem mit Gefügeauflösung und Gefügezerrüttung zu rechnen ist. Als Konsequenz der Untersuchungsergebnisse wurde für die weitere Betrachtung eine Bohrtiefe von 120 m gewählt.

Sämtliche Bohrungen wurden bis auf Endteufe im Rotationsbohrverfahren mit direkter Luftspülung niedergebracht. Zur Stabilisierung wurde bis in eine Tiefe von 38 m eine Hilfsverrohrung mitgeführt. Der Ausbau der Bohrungen erfolgte mit Doppel-U-Sonden 32 x 2,9 aus PE 100 RC mit einer Nenndruckstufe von 16 bar. Im Anschluss an den Sondeneinbau wurden aufgrund stärkerer Klüftigkeiten die Bohrlöcher mit Tonpellets abgedichtet.

Baubegleitend wurde ein Thermal Response Test durchgeführt. Die gemessene mittlere Wärmeleitfähigkeit von 2,17 W/(m*K) und mittlere Untergrundtemperatur von 11,2 °C wurden in einer entsprechenden Simulation mit dem Programm Earth Energy Designer (EED) berücksichtigt. Des Weiteren wurde eine Heizwärmebedarf von 135 MWh/a und ein Kühlenergiebedarf von 40 MWh/a durch den Fachplaner der Gebäudetechnik ermittelt. Im Ergebnis wurden zwölf Erdsonden mit einer Tiefe von 120 m realisiert. Bei der gewählten Konfiguration wurden für die ersten Betriebsjahre minimale Wärmequellentemperaturen von 1,5 °C prognostiziert.

Geothermie anschaulich visualisiert

Zu Schulungszwecken und um das Thema Geothermie begreifbar zu machen, wurde ein überirdischer Soleverteiler aufgebaut, der an den Schulungstrakt angeschlossen ist. Hier können Heizungsbauer und Fachplaner Geothermie live erfahren. Zu diesem Zwecke wurde auch die Erdwärmesonde 4 mit einer Messkette ausgestattet, die alle 10 m die Temperatur aufzeichnet. Mit der Neuberger-Gebäudeleittechnik wird dies entsprechend visualisiert. Die Auswertung zeigt, wie effizient die Erdwärme arbeitet, denn die Temperatur der Erdwärmesonden lag nie unter +5 °C.

Fazit

Die CO2-Einsparung gegenüber konventionellen Heiz- und Kühlsystemen entspricht über 222 000 km, die mit einem neuen PKW jährlich gefahren werden, der 120 g CO2 je km emittiert. Damit ist bewiesen, dass Erdwärme einen massiven Beitrag zur Energiewende leisten kann.

Trotz geringerem Kühlenergiebedarf liegen die Wärmequellentemperaturen in der Heizperiode deutlich über den Erwartungen. Dies ist keine Überraschung, denn in vielen Fällen arbeiten Erdsondenanlagen effizienter als ursprünglich geplant. Dies schafft für alle Beteiligten zusätzliche Sicherheit.

Erdgekoppelte Wärmepumpen sind aus ökologischer Sicht unübertroffen. Die Umweltbilanz kann noch weiter verbessert werden, wenn man die Wärmepumpen mit einer Photovoltaik-Anlage ergänzt und damit den Eigenstromverbrauch zumindest teilweise deckt. ■

www.weishaupt.de