Hybrid heizen macht Schule

Die Oberschule (OBS) Rodenkirchen liegt im niedersächsischen Stadland, Ortsteil Rodenkirchen. Ursprünglich als Höhere Bürgerschule gegründet und in der Nachkriegszeit zunächst als reine Realschule betrieben, wurde sie 1970 um einen Hauptschulzweig mit zwei weiteren Schultrakten erweitert. Seit 2009 gibt es auf dem Gelände auch noch eine Mensa, die in einem weiteren Neubau untergebracht ist. Seit 2013 sind Haupt- und Realschule zu einer integrativen Oberschule vereint.

Alle Gebäude entsprechen in ihrer Architektur und Materialverwendung weitgehend dem Stand der Technik ihrer jeweiligen Entstehungszeit (ursprünglicher Altbau als klassischer norddeutscher Rotklinkerbau mit Satteldach, 1970er-Jahre-Gebäude mit Flachdach und in Gelbklinker ausgeführt, lichtdurchflutetes Mensagebäude mit zeittypischer hinterlüfteter Vorhangfassade aus farbkräftigen Paneelen). Gleiches gilt für ihren bauphysikalischen und insbesondere energetischen Standard.

Betriebs- und Ausfallsicherheit nicht mehr gewährleistet

Der ursprüngliche Altbau (Gebäude 1) verfügt über eine eigene Heizungsanlage, während die jüngeren Gebäude 2 und 3 über eine weitere gemeinsame Gasheizung erwärmt werden. Hier war die bisherige Heizungsanlage aus dem Baujahr 1997 schon aus Altersgründen austauschbedürftig. Zwar hatte die Altanlage zum Einbauzeitpunkt hoch moderne Standards erfüllt. Jedoch war nach 22 Jahren die erforderliche Betriebs- und Ausfallsicherheit der Gaskessel nicht mehr gewährleistet, und auch die Regelungstechnik (lediglich zweistufige Leistungsanpassung) entsprach nicht mehr dem Stand der Zeit. Hinzu kam, dass die alten Heizkessel mit 210 kW und 150 kW, in Summe also 360 kW, mittlerweile als hoffnungslos überdimensioniert eingestuft werden konnten.

Vor Beginn der Heizungserneuerung arbeitete Dipl.-Ing. Jochen Geisel als Mitinhaber des TGA-Ingenieurbüros IGF Planung ein Sanierungskonzept aus. Darin wurde der Einsatz verschiedener Wärmeerzeuger – einzeln oder in Kombination – in Bezug auf Wirtschaftlichkeit, Effizienz und Umweltschutz geprüft. Bei der Analyse zog man unter anderem den Einsatz einer Wärmepumpe und von Solarthermie in Betracht – und verwarf sie aus unterschiedlichen Gründen als unwirtschaftlich.

Die Gesamtleistung der neuen Wärmeerzeuger sollte sich am tatsächlichen Wärmebedarf der letzten vier Jahre orientieren. Die Norm-Gebäudeheizlast wurde von Jochen Geisel überschlägig mit 288 kW ermittelt. In der Peripherie wollte man Heizkreise nach aktuellen Erkenntnissen neu aufteilen beziehungsweise zusammenlegen, aber am Rohrleitungsnetz und den Wärmeübertragern (Konvektionsheizkörper) sollte nichts geändert werden.

Nach der Analyse schlug Geisel ein hybrides Wärmekonzept vor. Dies beinhaltete den Austausch der alten Kesselanlage gegen zwei moderne Gas-Brennwertkessel des norddeutschen Herstellers BRÖTJE (www.broetje.de) vom Typ SGB 125i (entsprechend mit 125 kW Heizleistung). Die Grundlast bei Wärme und Strom sollte ein neoTower-Blockheizkraftwerk des ebenfalls in Norddeutschland beheimateten Herstellers RMB/ENERGIE abdecken. Neu zu installieren sei ferner ein großer Pufferspeicher, um Lastspitzen abzufangen und ein gleichmäßigeres Wärmemanagement insbesondere im Zusammenhang mit dem Blockheizkraftwerk zu gewährleisten.

Die neuen Gas-Brennwertkessel seien im vorliegenden Fall „aus investiver, funktionaler und wirtschaftlicher Sicht“ die erste Wahl, so das Resümee von Jochen Geisel. Ein Vorteil moderner Gas-Brennwerttechnik in kaskadierter Anordnung liege dabei in der Möglichkeit, während der Übergangszeit zunächst nur einen Kessel modulierend zu betreiben und bei höheren Wärmeanforderungen dann den zweiten zuzuschalten.

Gas-Brennwertkessel decken den größten Teil des jährlichen Wärmebedarfs

In der Beispielbetrachtung decken die Gas-Brennwertkessel den größten Teil des jährlichen Wärmebedarfs. Hier würden sich Energieeinsparungen vor allem aus Effizienzvorteilen der moderneren Heiztechnik ergeben. So liegt der Wirkungsgrad der BRÖTJE Heizkessel SGB 125i bei hervorragenden 109 % und damit wesentlich über dem der Altanlage. Allerdings dürfte der große gleitende Modulationsbereich von 20 bis 125 kW (Belastung bei Erdgas) in der Praxis das entscheidendere Einsparpotenzial besitzen.

Der hochwertige Aluminium-Silizium-Wärmetauscher der Gas-Brennwertgeräte von BRÖTJE bürgt für eine lange Lebensdauer auch im dauerhaft gleitend abgesenkten Betrieb, der modulierende Edelstahl-Vormischbrenner mit Verbrennungsluft-Gebläse und Venturi-Mischregelung sorgt dabei für höchste Effizienz des eingesetzten Brennstoffs. Sowohl die BRÖTJE Geräte als auch das neoTower Blockheizkraftwerk können optional mit Flüssiggas betrieben werden. „H₂-ready“, also bereit für die Beimischung von Wasserstoff, sind die bodenstehenden SGB-Heizkessel und das BHKW ebenfalls.

Das neoTower-Blockheizkraftwerk mit 20 kW elektrischer und 46 kW thermischer Leistung ist dazu bestimmt, einen Teil der Grundlast abzudecken. Seine Laufzeit wurde von Geisel mit jährlich 5.000 bis 6.000 Betriebsstunden prognostiziert. Demnach würde sich diese Zusatzinvestition unter Zugrundelegung der bisherigen Energieverbrauchsdaten innerhalb von rund fünf Jahren amortisieren. Als Pufferspeicher wählte man zwei je 1.500 Liter fassende Speicher Juratherm JPSM 1500.

Der eigentliche Heizungstausch fand im Verlauf der Corona-Jahre 2020/21 statt. Die Brennwertkesselkaskade wurde in den Herbstferien 2020 montiert und danach in Betrieb genommen. Das BHKW konnte im Mai 2021 in Betrieb gehen, nachdem die Abstimmungen mit dem Versorger abgeschlossen waren. Die Einspeisezusage kam im März 2021, die Vertragsbearbeitung dauerte noch ein paar Wochen länger. Seit diese Hürden genommen wurden, läuft die Anlage allerdings zur vollsten Zufriedenheit und erfüllt auch die erwarteten Einsparziele. Auf dem aktuell erreichten Standard wird man sich von Seiten des Schulträgers nicht ausruhen – bereits für 2024 sind Verbesserungen des Dämmstandards der Gebäudehülle geplant, namentlich der Austausch der Fenster sowie eine Dach- und Fassadendämmung.

Fazit

Vor allem für dämmtechnisch mäßig sanierte Bestandsimmobilien wie die Schulgebäude 2 und 3 der OBS Rodenkirchen sind hybride Heizsysteme mit moderner Gas-Heiztechnik und Kraft-Wärme-Kopplung (BHKW) eine wenig aufwendige Lösung zur effizienten Beheizung. Auch unter Kostengesichtspunkten stimmt da die Zweck-Mittel-Relation. Mit bewährt zuverlässigen Wärmeerzeugern wie den Gas-Brennwertkesseln der SGB-Baureihe von BRÖTJE und einem ebenso hochwertigen BHKW wurde die Heizungstechnik der Schule fit gemacht für die nächsten Jahrzehnte. Die Gesamtkosten der Maßnahme inklusive Erneuerung der Gebäudeleittechnik sowie der Ertüchtigung der Einzelraumregelung und der Unterverteilungen der Gebäude 1-3 lagen bei 310.000 Euro.