Monitoring im Stuttgarter Quartier Bürgerhospital

Zum Nachweis der Klimaneutralität des Quartiers Bürgerhospital wird ein Messkonzept erarbeitet, welches eine vollständige messtechnische Bilanzierung aller Energieströme der Erzeugung (zentrale Energieversorgung, PV-Flächen, etc.) und der Verbraucher (Strom- und Wärmeverbrauch der Gebäude) innerhalb des Quartiers ermöglicht.

Das Konzept für die zentrale Energieversorgung des Quartiers Bürgerhospital sieht zwei Wärmepumpen mit einem Erdsondenfeld als Energiequelle und einem zentralen Wärmespeicher vor. Zur Abdeckung von Spitzenlasten ist ein zusätzlicher Anschluss an das bestehende Fernwärmenetz geplant. Die Messstellen werden so ausgewählt, dass vollständige Energiebilanzen der Wärmeerzeugung inkl. deren elektrischen Hilfsenergieaufwendungen ermittelt werden können. Diese umfassen die primärseitigen Wärmemengen aus den Erdsonden, die jeweils von den Wärmepumpen sekundärseitig abgegebenen Wärmemengen und die elektrischen Verbräuche der beiden Wärmepumpen. An der Übergabestation zum Bestands-Fernwärmenetz werden Wärmemengenzähler sowohl vor als auch nach dem Wärmetauscher vorgesehen. Am Pufferspeicher findet sich jeweils ein Wärmemengenzähler im Be- und Entladekreis. Darüber hinaus sind Wärmemengenzähler je zu versorgendem Gebäude geplant. Ergänzend zu den Wärmemengenzählern sind im Bereich des Erdsondenfelds, der Übergabestation zum Fernwärmeanschluss sowie im Lade- und Entladekreis des Pufferspeichers Vor- und Rücklauftemperatursensoren geplant.

Die Wärmemengenzähler werden über eine M-Bus-Schnittstelle an die Datenerfassung angebunden. Hierdurch ist es möglich, dass ergänzend zu den Wärmemengen weitere Systemparameter wie Vor-/Rücklauftemperaturen, Durchflüsse, Leistungen, etc. erfasst und abgespeichert werden können. Die Messgrößen der Energiezentrale werden überwiegend bereits von den Stadtwerken Stuttgart zur Betriebssteuerung erfasst und aufgezeichnet. Die Messwerte werden hierzu zunächst in einer Postgress-SQL-Datenbank gespeichert und über eine Schnittstelle in die Monitoring-Datenbank importiert.

Entwurf des Messschemas für das Quartier Bürgerhospital in Stuttgart. © Fraunhofer IBP.

Als erstes wird das ehemalige Bettenhaus des Bürgerhospitals an das vorhandene Fernwärmenetz angeschlossen und anschließend in das neue Nahwärmenetz eingebunden. Da in diesem Gebäudekomplex neben einer Wohnnutzung auch eine Kita und ein Familienzentrum vorgesehen sind, ist eine separate Erfassung der Energieverbräuche für die jeweils unterschiedlichen Nutzungsbereiche vorgesehen. Im Gebäude werden die Wärmemengen vor der Fernwärmeübergabestation sowie gebäudeseitig an den Verteilern der Hauptheizungsstränge gemessen. Dort befinden sich 3 Wärmespeicher-Kaskaden, bei denen jeweils 3 bzw. 4 Einzelspeicher in Serie zusammengeschaltet sind. Zur Erfassung der Speicherverluste sowie zur Beurteilung der Beladestrategien sind jeweils Wärmemengenzähler im Be- und Entladekreis vorgesehen.

Zur Erfassung der Stromverbräuche im Gebäude ist ein zentraler Zweirichtungszähler sowie weitere Unterzähler zur getrennten Ermittlung der Stromverbräuche für die Wohnnutzung und der Kita bzw. des Familienzentrums vorgesehen. Auf dem Dach der Kita ist eine PV-Anlage (ca. 10 kW_P) geplant. Die hierfür benötigten Messstellen zur Bestimmung des PV-Ertrages, des Eigenverbrauchs und der ins öffentliche Netz eingespeisten Strommenge werden ebenfalls in das Messkonzept mit aufgenommen.

Die einzelnen Messwerte können über die im Gebäude vorgesehene Gebäudeautomatisation erfasst und in die Monitoring-Datenbank übertragen werden. Zur Erfassung der Klimadaten wird auf dem Bau 2 eine Wetterstation vorgesehen. Im Einzelnen werden die Außenlufttemperatur, die Außenluftfeuchte, Globalstrahlung (horizontal und Süd) sowie die Windgeschwindigkeit und Windrichtung gemessen.

Bearbeitungsstand

Aktuell werden die Messkonzepte für die geplante zentrale Energieversorgung sowie für das ehemalige Bettenhaus ausgearbeitet. Für die weiteren Gebäude werden diese sukzessive fortgeschrieben.

Bereits erhältliche Projektergebnisse

Messkonzept für das Stuttgarter Quartier