Vor einem guten Jahrzehnt war Heizöl der einzige Energieträger für die Heiz- und Warmwassertechnik des Hotels, der Strom kam vom Versorger. Da die Hoteleigentümber aber ein klimaneutrales Hotel anstrebten, wurde das Team Bauphysik / Umweltschutz der Systent GmbH in Algund beauftragt, Möglichkeiten zur Reduktion der CO2-Emissionen aufzuzeigen.
Schritt 1: Wärmepumpen einsetzen, Heizölbrenner ersetzen
Den Anfang machten die Installation von Luft-Wasser-Wärmepumpen und der Austausch des Ölbrenners gegen einen Erdgas-Spitzenlastkessel. Einen weiteren Beitrag leistet die Rückgewinnung von Wärme, welche die Kältetechnik der Kühlräume abgibt.
Schritt 2: PV- und Hybridmodule liefern Strom und Wärme
Seit 2021 ist eine neue, große Solaranlage in Betrieb. Es handelt sich sowohl um PV- als auch um Hybridmodule. Letztere haben eine Gesamtfläche von 102 m². Sie liefern Wärme (Temperatur etwa 45 °C) und Strom. An sonnenreichen Tagen erreicht die Stromausbeute pro Quadratmeter Hybridmodul bis zu 250 W. Der auf den Dächern erzeugte Sonnenstrom wird zum größten Teil im Hotel verbraucht; ein eventueller Stromüberschuss wird ins öffentliche Netz gespeist, das wiederum bei einem zu geringen PV-Ertrag die Stromversorgung des Hotels sichert.
Schritt 3: Weitere Wärmepumpe steigert den Wirkungsgrad der Hybridmodule
Damit der Energieertrag und der Nutzen für das Hotel möglichst groß sind, war jedoch eine zusätzliche Anlage erforderlich, die eXergiemaschine. Dies ist eine Wärmepumpe, die im Gegensatz zu den klassischen Heizungswärmepumpen für ein höheres Temperaturniveau und einen großen Temperaturhub ausgelegt ist.
Diese von varmeco (Kaufbeuren/Deutschland) und BMS-Energietechnik (Wilderswil / Schweiz) entwickelte Maschine dient hier als „Wärme-Booster“ und steigert zugleich den Wirkungsgrad der PV-Elemente. Geliefert wurde sie vom italienischen varmeco-Partner Farko KG aus dem nahegelegenen Lajen, der außerdem bei der Auslegung der wärmetechnischen Anlagen unterstützte.
Bild: Varmeco
Wärme-Booster für die Solarthermie
Zur Temperaturanhebung greift die eXergiemaschine auf den Wärmepuffer des Hotels mit seinen beiden Speichern zurück. Die Maschine entnimmt dem Speichersystem über zwei Kreisläufe Wasser auf einem mittleren Temperaturniveau. Ein Kreislauf führt über den Kondensator der eXergiemaschine, wo das Wasser erhitzt wird und anschließend mit bis zu 80 °C in den oberen Teil des Hochtemperaturspeichers fließt.
Der zweite Kreislauf nutzt den Verdampfer der eXergiemaschine, um das in ihm geführte Wasser zu kühlen, bevor es in den unteren Teil des Niedertemperaturspeichers gelangt. Auf diese Weise erfährt die solare Energie, die bei geringen Betriebstemperaturen im Niedertemperaturkreis anfällt, einen „Boost“, wird also auf ein gut nutzbares Temperaturniveau angehoben. Gleichzeitig fördert die eXergiemaschine die solare Energieausbeute, da die „Sonnenernte“ bei niedrigen Betriebstemperaturen effektiv stattfinden kann.
Höherer PV-Wirkungsgrad durch Kühlung der Module
Von der Abkühlung des Rücklaufs zu den Solarmodulen profitieren sowohl die solare Wärmeerzeugung als auch die solare Stromproduktion. Bei der Wärmeerzeugung führt die geringere Einlasstemperatur an den Kollektoren für eine gute Aufnahme der Sonnenenergie. Die Photovoltaik-Elemente wiederum belohnen jedes Grad Kühlung mit einem 0,5 Prozent höheren Wirkungsgrad.
Klimaschutz macht sich doppelt bezahlt
Mithilfe der neuen Hybridanlage und der Temperaturanhebung durch die eXergiemaschine kann das Hotel Lisetta seinen Erdgasverbrauch deutlich reduzieren. Für die Warmwasserbereitung im Sommer sind nun rund 75 Prozent und für die Beheizung des Außenpools in Frühling und Herbst rund 40 Prozent weniger Erdgas erforderlich. Das hilft nicht nur dem Klima, es rechnet sich auch, so die Hotelinhaber. Dank öffentlicher Förderung und der Einspeisevergütung für PV-Strom amortisiert sich die Investition in die Hybridmodule und die eXergiemaschine nach etwa sieben Jahren.
Dem Ziel, ein klimaneutrales Hotel zu führen, sind die Eigentümer somit deutlich nähergekommen. Gegenüber dem Zeitpunkt der Übernahme des Hotels ist der Bedarf an fossiler Energie nun sehr viel geringer. Eventuell wird künftig eine Luft-Wasser-Wärmepumpe die Bilanz weiter verbessern. Sie könnte den Erdgaseinsatz zur Warmwasserbereitung weiter senken. Auf Stromseite ist das Potenzial mittlerweile ausgeschöpft – der Bezug an Fremdstrom ist gering, und da es sich um grünen Strom handelt, ist die elektrische Versorgung des Hotels bereits jetzt vollständig klimaneutral.
Bessere Temperaturschichtung im Pufferspeicher
Die Wärmepumpe eXergiemaschine stellt eine optimierte Temperaturschichtung im Pufferspeicher her. Dazu arbeitet im Inneren des Geräts eine einstufige Wasser-Wasser-Wärmepumpe (mit Nennwärmeleistungen Qth von 5 bis 40 kW), die für eine große Temperaturspreizung von etwa 50 K im Pufferspeicher ausgelegt ist und auch bei Quelltemperaturen von 55 °C und mehr arbeitet. Während des Betriebs entnimmt die Wärmepumpe über zwei Kreisläufe Wasser aus der Mitte des Speichers. Ein Kreislauf leitet das Wasser zum Kondensator der Wärmepumpe, wo es erhitzt wird, bevor es in den oberen Teil des Speichers gelangt. Der andere Kreislauf führt über den Verdampfer und leitet das dort heruntergekühlte Wasser anschließend in den unteren Speicherbereich.
Da die Wärmepumpe unabhängig vom Heizwärme- oder Warmwasserverbrauch eine optimierte Temperaturschichtung im Pufferspeicher herstellt, steigert sie oft auch die Effizienz. Zum Beispiel weil Quellen mit geringem Temperaturniveau teure Energieträger substituieren können. Oder weil das Nachheizen des Pufferspeichers effizienter erfolgt und die selteneren Ladezyklen die Quelle schonen. Mithilfe der Wärmepumpe lässt sich auch mehr Energie mit dem gleichen Volumenstrom transportieren. Bei Neuanlagen dürfen Leitungen daher kleiner ausfallen.
