Referenzbericht Yados: Energetische Sanierung des Museums „Energiefabrik Knappenrode“

Das hohe Potenzial der Kraft-Wärme-Kopplung-Technologie (KWK), die Energieeffizienz von Wärmenetzen zu maximieren, macht die KWK zur Schlüsseltechnologie einer erfolgreichen Wärmewende. Wie es gelingt, mit einer intelligenten KWK-Lösung ein ökonomisches und langfristig nachhaltiges Versorgungssystem zu verwirklichen, zeigt die YADOS GmbH am Beispiel der energetischen Sanierung des Museums „Energiefabrik Knappenrode“ in der Lausitz.

Die Lausitz erlebt mit dem Ende des Braunkohleausbaus einen durchgreifenden Strukturwandel. Der verstärkte Ausbau touristischer Angebote und die Aufwertung kulturell ansprechender Urlaubs- und Ausflugsziele soll in der Region ein wirtschaftlich attraktives Standbein für die Zukunft schaffen. Dazu gehören auch die von Frühjahr 2017 bis Sommer 2020 durchgeführten Umbau- und Modernisierungsmaßnahmen in der Energiefabrik Knappenrode, ehemals Brikettfabrik im Lausitzer Braunkohlerevier.

Energiefabrik Knappenrode
bbildung 1: Tourismusmagnet in der Lausitz: Die Energiefabrik Knappenrode umgeben von Seen und grüner Landschaft (Abb. © Gernot Menzel, 5|2020)

Bereits 1933 endete die letzte Schicht in der backsteinroten Fabrikanlage. Zehn Jahre später wurde das beeindruckende Industriegebäude zu einem von vier Museen des Zweckverbands Sächsisches Industriemuseum. Heute gilt die Energiefabrik als eine der wichtigsten Einrichtungen sächsisch-brandenburgischer Industriekultur.

Eingangsbereich Museum Knappenrode
Abbildung 2: Die ehemalige Motorenhalle bildet heute den Eingangsbereich des Museums: Krananlagen und technische Ausstattung sind Bestandteile der neuen Fabrik-Gestaltung. (Abb. © Energiefabrik Knappenrode)

Im Fokus der großangelegten Umgestaltung des Museums standen Erhalt und Aufwertung des Denkmalkomplexes und seiner Infrastruktur zu einem zeitgemäßen, kulturbewahrenden Standort. Der überwiegend industrielle Charakter des Fabrikgebäudes sollte bewahrt werden. Das ist den Planern und ausführenden Gewerken bestens gelungen: Es wurde nicht versucht, das Spröde und Ungeschönte zu kaschieren, zu verkleiden oder gestalterisch anzupassen. Die besonderen Reize des alten Fabrikgebäudes mit dem unverwechselbaren Geruch aus Schmieröl und Kohlestaub wurden erhalten: was Fabrik war, ist auch weiterhin Fabrik. Über den Zweckverband Sächsisches Industriemuseum förderte das Land Sachsen das Großprojekt mit rund 1,19 Mio. €. Zusätzlich flossen rund 1,19 Mio. € aus den Strukturwandel-Mitteln des Bundes in den Energiefabrik-Umbau.

Geschichtsträchtige Strukturen als planerische Herausforderung

Besonderes Augenmerk der Planer galt der Konzeption der energetischen Versorgungsanlagen im Museum. Die neu zu konzipierende Wärmeversorgung sollte das Gebäude wirtschaftlich solide, energieeffizient und zukunftsfähig versorgen.
Vor der energetischen Sanierung verfügte der Gebäudekomplex über so gut wie keine Wärmeversorgung; zu Zeiten der Brikettfabrik lieferten die Produktionsprozesse mehr als genug Abwärme für die Beheizung.
Zur Versorgung der Verwaltungs-, Funktions- und Ausstellungsbereiche wurde bis dato die historische Infrastruktur genutzt. Im Jahr 2019 wurde der Gebäudekomplex schließlich an das Gasnetz der Versorgungsbetriebe Hoyerswerda angeschlossen. Anfang 2020 erfolgte die Installation von Nachtspeicheröfen. Die strombetriebenen Speicheröfen stießen jedoch schnell an ihre Leistungsgrenzen und die steigenden (Nacht-)Strom-Preise belasteten den Museumshaushalt.
Für die Neuplanung der thermischen Versorgung standen den Planungsbeauftragten, abgesehen vom Stromverbrauch, keine belastbaren Verbrauchsdaten zur Verfügung. Eine weitere planerische Herausforderung stellten auch die großen, hohen Räume des Industriedenkmals sowie die schlecht gedämmten Außenflächen mit einfach verglasten Fenstern dar. Leiteten diese ursprünglich die hohen internen Wärmelasten der Brikettfabrik ab, galt es nun, Taupunktunterschreitungen an kalten Flächen zu vermeiden.

umweltfreundlichen Wärmeversorgung für Industriedenkmal
Abbildung 3: Herausfordernde Planung im Bestand: Umsetzung einer effizienten, umweltfreundlichen Wärmeversorgung für das Industriedenkmal. An der Decke neue Zuleitungen neben dem erhaltenen Altbestand, der heute ausschließlich der denkmalpflegerischen Präsentation dient. (Abb. © Energiefabrik Knappenrode)

Der Effizienzverbund für moderne Energiezeiten im Museum

Blockheizkraftwerke (BHKW) mit Kraft-Wärme-Kopplung-Lösung (KWK) gelten als Erfolgsmodell, bei dem Klimaschutz, Energieeinsparung und Wirtschaftlichkeit Hand in Hand gehen. Die technologieoffenen Systeme erzeugen elektrische Energie und Wärmeenergie als Koppelprodukte in einer Anlage. Zugeführte konventionelle oder biogene Brennstoffe werden nachweislich effizienter als bei konventionellen Anlagen mit getrennter Produktion genutzt. Neben der Stromkostenersparnis durch den Eigenverbrauch des erzeugten KWK-Stroms profitieren Betreiber von KWK-Zuschlagszahlungen. Die generierte thermische Energie kann weitestgehend verlustfrei genutzt werden, etwa für die Heizwasser- und Trinkwassererwärmung.
Für die Planungsbeauftragten der energetischen Sanierung der Energiefabrik überzeugende Gründe, eine Energiezentrale mit innovativer BHKW-KWK-Lösung zu präferieren. Konzipiert und realisiert wurde schließlich ein Effizienzverbund, der einen Hoval Gas-Brennwertkessel, zwei „YADO|KWK EG-20“- Blockheizkraftwerke, zwei objektspezifisch gefertigte „YADO|SHARE“- Heizungsverteiler sowie drei 3.000 l Wärmespeicher integriert. Das exakt aufeinander abgestimmte Komponenten-Portfolio sorgt heute für die flexible Erzeugung, Speicherung, Verteilung und Übergabe von Strom und Wärme im Museum. Die maßgefertigten Komponenten stammen von der YADOS GmbH, Systemlieferant und Spezialist für Wärmenetze mit Firmensitz in Hoyerswerda.

Die stromoptimierte BHKW Kaskade der YADOS-Fernwärmeprofis spart große Mengen an Primärenergie und CO2-Emissionen ein – rund 90 % (Wirkungsgrad) der eingesetzten Erdgas-Energie werden ausgeschöpft. Die generierte (Ab-)Wärmeenergie des BHKW-Motors wird über Wärmeauskopplungsmodule als Heizwasser mit Vorlauftemperaturen von 85 °C ausgekoppelt. Der von den beiden BHKW-Modulen produzierte Strom wird maximal eigenverbraucht und trägt spürbar zum energieeffizienten Museumsbetrieb bei.
Die Abdeckung zu Spitzenlastzeiten erfolgt über den Gas-Brennwertkessel (324 kW Leistung). Der hohe Modulationsbereich des Kessels erlaubt die exakte Anpassung der Brennerleistung an den jeweiligen Wärmebedarf. Der Brennwerteffekt bzw. das Erreichen eines optimalen Brennwertbereiches wird durch einen niedertemperierten Rücklauf (Kondensationsbeginn unter ca. 56 °C) gesichert. Bei höheren Rücklauftemperaturen kann dieser Effekt nur noch teilweise oder überhaupt nicht eintreten und der wertvolle Zusatznutzen verpufft; leider kein Einzelfall bei hydraulisch nicht optimierten Brennwertsystemen.
Die beiden Heizungsverteiler (404 kW bzw. 101 kW Leistung) versorgen insgesamt acht Heizkreise. Heizkörper, Deckenstrahler, Fußboden- und Wandheizung verteilen die thermische Energie in den großen Museumsräumen wie der Museumswerkstatt und diversen Dauerausstellungen.
Die für das Projekt Knappenrode exakt nach Planungsvorgaben gefertigten, vollständig kompatiblen Verteiler wurden mit vormontierten Bauteilgruppen (Drei-Wege-Ventil mit Stellantrieb, Hocheffizienz-Pumpen, Wärmezähler, etc.) für drei bzw. fünf Heizkreise nach Fertigstellung der Energiezentrale just-in-time geliefert und installiert. Das Plug-and-play-Prinzip sorgt für den sicheren Einbau und die einfache Inbetriebnahme der Komponenten. Bei der Ausführung mit Elektroschaltschrank sind alle Regelbausteine und elektrischen Feldgeräte (Antrieb und Fühler) anschlussfertig verdrahtet. Der Verteiler kann so direkt mit 230 Volt für Schaltschrank und Busverbindung in Betrieb genommen werden.

Energiezentrale der Energiefabrik Knappenrode
Abbildung 4: Blick in die neue Energiezentrale der Energiefabrik Knappenrode (Abb. © YADOS GmbH)

Erlebnis-Rundgang durch die historische Brikettfabrik
Abbildung 5: Erlebnis-Rundgang durch die historische Brikettfabrik. Die Presse wird bei Führungen in Gang gesetzt. Zweimal täglich gibt es eine sogenannte ‚Akustik-Schicht‘, begleitet von der originalen Geräuschkulisse der laufenden Brikettfabrik. (Abb. © Wolfgang Wittchen, 2009)

Intelligente Anlagensteuerung für maximale Wirtschaftlichkeit

Die komplexe gebäudetechnische (Verbund-)Anlage der Energiefabrik wird automatisiert gesteuert, geregelt und überwacht. Das Automationssystem „DDC4000“ von Kieback&Peter vernetzt Controller, Sensoren und Aktoren der kompletten Wärmeerzeugungsanlage. Die Software ermöglicht eine herstellerunabhängige Integration und Inbetriebnahme sämtlicher Teilsysteme. Blockheizkraftwerke, Brennwertkessel, Wärmespeicher und Heizungsverteiler sowie die Raumtemperatur der Ausstellungsräume werden über das Direct-Digital-Control-System (DDC) gesteuert und geregelt. Die zugehörige CAF-Management-Software „Qanteon“ verbindet Energiemanagement und Gebäudeleittechnik. Die benutzerfreundlich gestaltete Oberfläche bildet transparent relevante Betriebszustände und Energieflüsse ab. Das System zeigt zusätzliche Ausschöpfungspotenziale auf und unterstützt die betreiberseitige Umsetzung und Kontrolle von Energiesparmaßnahmen. Erfahrungsgemäß führt die systembasierte, kontinuierliche Optimierung des Energieverbrauchs zu Einsparungen von durchschnittlich 8 bis 10 %, in energieintensiven Betrieben sind bis zu 30 % möglich.

KWK auch in Zukunft wärmstens zu empfehlen

Die Energiefabrik Knappenrode verfügt heute über eine stabile und zukunftsoffene Wärmeversorgung. „Es ist uns gelungen, die Herausforderungen des alten Industriedenkmales zu meistern und ein angenehmes Raumklima mit höchstem Komfort für die Besucher zu schaffen – und das messbar ressourcen- und betriebskostenfreundlich,“ freut sich Frank Schumann, stellvertretender Niederlassungsleiter der Kieback&Peter GmbH in Dresden.
Für die Energiefabrik eröffnet das energetische Versorgungskonzept darüber hinaus die lukrative Möglichkeit, die komfortabel mit Wärme versorgten Räumlichkeiten des Museums nun auch in der kalten Jahreszeit für zusätzliche Veranstaltungsformate zu nutzen.

Im Kontext der dringend notwendigen Wärmewende zeigt die energetische Sanierung des Museums, dass die weit entwickelte Technologie der Kraft-Wärme-Kopplung auch weiterhin eine maßgebliche Rolle beim hocheffizienten Brennstoffeinsatz spielt. Und das aus mehreren Gründen: Zum einen bleibt die gekoppelte Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie auch im Kontext erneuerbar oder synthetisch erzeugter Gase wie Power-to-Gas und Power-to-Liquid eine ökonomisch und ökologisch attraktive Option. Zum anderen erfüllen die hochleistungsfähigen BHKW-Motoren die Emissionsgrenzwerte der Bundesimmissionsschutzverordnung (BImSchV) für Verbrennungsmotoranlagen. Die CO2-Bepreisung schlägt damit spürbar weniger zu Buche als bei der deutlich emissionslastigeren Nutzung von Kohle oder Erdöl.

Die in Hoyerswerda ansässige YADOS GmbH bietet Lösungen in vier Sparten: Energiesysteme mittels Kraft-Wärme- und Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung, Wärmekompaktstationen, Wärmeverteilstationen sowie die Leit- und Kommunikationstechnik. Damit wird das gesamte Spektrum von der Energieerzeugung bis zur Hausanlage abgedeckt. Mit mehr als 250 Mitarbeitern in Entwicklung, Vertrieb, Fertigung, Projektabwicklung und Administration erreichte das Unternehmen im Jahr 2020 einen Umsatz von 47 Mio. €.

Autor des Beitrags ist Ralf Moritz, Installateurmeister, Gebietsleiter Vertrieb Energy der Yados GmbH

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