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Neues Stadtquartier "Neckarpark Stuttgart": Nahwärme und -kälte aus Abwasser

EnEff:Wärme - Forschung für energieeffiziente Wärme- und Kältenetze

Neckarpark Stuttgart: Das Entwicklungsgebiet und seine Umgebung

© Landeshauptstadt Stuttgart

Projektsteckbrief

Projektstatus Projektstatus: Phase 1Konzept
Standort des Netzes Brachfläche des ehemaligen Güterbahnhofs Bad Cannstatt (Mischgebiet): ca. 22 ha Siedlungsfläche; 170.000 m² NGF, davon ca. 70.000 m² Wohnfläche
Standort der Kommune Landeshauptstadt Stuttgart, 70173 Stuttgart, Baden-Württemberg
Kommune in Zahlen 207 km²; 590.000 Einwohner
Träger Landeshauptstadt Stuttgart
Heizungssysteme Nahwärmenetz (Abwärme aus Abwasser / Abwasserwärme)
Kosten 7.600.000 Euro
Projektthemen

Projektbeschreibung

Die Kommune

Die Landeshauptstadt Stuttgart verfügt über 35 Jahre Erfahrung im Energiemanagement stadteigener Liegenschaften, die im direkten Einflussbereich der Kommune liegen. Durch das Energiemanagement wurde der Energieverbrauch der städtischen Gebäude signifikant reduziert. Für den Betrieb und die Planung im Energiebereich wurden energetische Leitlinien entwickelt. Der Anteil an erneuerbaren Energien zur Versorgung der Gebäude wurde kontinuierlich gesteigert. Ein stadtinternes Contractingmodell hilft, Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz umzusetzen.

Ein besonderer Fokus lag in den vergangenen Jahren auch auf dem Bereich Energieforschung. Mit einer Reihe von Projekten war es möglich, den Energieverbrauch bestehender Gebäude deutlich zu reduzieren (bis zu 70 % Primärenergiereduktion). Die so sanierten Pilotprojekte dienen als Demonstrationsobjekt für Planer, Gebäudenutzer und Bauherren. Auch werden die aus den Projekten gewonnenen Erkenntnisse auf andere Vorhaben übertragen und die stadtinternen Anforderungen im Energiebereich entsprechend fortgeschrieben.

Neben den kommunalen Liegenschaften werden bei Neubauvorhaben innerhalb des gesamten Stadtgebiets erhöhte Anforderungen beim baulichen Wärmeschutz (derzeit 30 % unter EnEV 2009) gestellt und vertraglich fixiert, sofern die Bauherren mit der Stadt Verträge abschließen müssen. Über ein städtisches Energiesparprogramm wurden überwiegend im örtlichen Handwerk Gesamtinvestitionen von über 200 Mio. Euro ausgelöst. Private Bauherren im Wohnungsbaubereich werden über das 1999 gegründete Energieberatungszentrum Stuttgart e.V. neutral und kostengünstig informiert. Zum Leistungsspektrum gehören Informationsveranstaltungen, Energiediagnosen und der so genannte Stuttgarter Sanierungsstandard.

Als Mitglied des europäischen Konvents der Bürgermeister entwickelt die Stadt Stuttgart einen Energieaktionsplan um bis 2020 die Energieeinsparung, die Energieproduktivität und den Einsatz erneuerbarer Energien jeweils 20 % gegenüber 1990 zu steigern. Grundlegendes Ziel ist eine nachhaltige, effiziente  Energieversorgung – gebäudebezogen, auf Quartiersebene, als auch für ganz Stuttgart.

Hinsichtlich des Projekts ist die energetische Gestaltung des in den 1990er Jahren auf Konversionsflächen entwickelten Wohngebiets Burgholzhof besonders hervorzuheben. Dabei wurden Bauherren verpflichtet, Niedrigenergiehäuser zu errichten und diese an eine solare Nahwärmeversorgung anzuschließen.

Der Standort

Zu den bedeutendsten Entwicklungsflächen Stuttgarts gehört das 22 ha große ehemalige Güterbahnhofareal in Stuttgart-Bad Cannstatt. Die Deutsche Bahn nutzte das Gelände bis Ende der 1980er Jahre. Die Stadt Stuttgart kaufte das Areal 2001. 2009 beschloss die Stadt den städtebaulichen Rahmenplan "Neckarpark", der auf den Flächen den Bau von 450 Wohnungen und die Ansiedlung von Dienstleistungsanbietern und Gewerbebetrieben vorsieht.

Das Projekt "Neckarpark Stuttgart"

Der Neckarpark wird mit Gebäuden realisiert, die aufgrund einer hochwertigen Auslegung der Gebäudehülle und der technischen Ausrüstung nur geringe Energiebedarfe aufweisen und dadurch gegenüber den Vorgaben der EnEV 2009 deutlich energieproduktiver sind (KfW-Effizienzhäusern 55). Zur Wärmeversorgung bietet sich die Nutzung von Abwärme eines nahegelegenen großen Abwasserkanals an. Selbst bei hoher baulicher Dichte wird dieses Konzept nur zu einer geringen Wärmedichte führen. Klassische Fernwärme mit hohen Vorlauftemperaturen und entsprechenden Leitungsverlusten erweist sich zur Wärmeversorgung solcher Niedrigstenergiegebiete häufig als ineffizient und unwirtschaftlich. Es ist zu befürchten, dass zur Beheizung und Kühlung der Gebäude vorwiegend ineffiziente Einzelfeuerstätten auf Basis von Biomasse oder Luft/Luft-Wärmepumpen und elektrische Kompressionskälteanlagen realisiert würden. Mit einer solchen Vorgehensweise lässt sich bezüglich Umweltfreundlichkeit und Energieproduktivität in jedem Fall nur ein suboptimales Gesamtsystem Wärmeversorgung/Gebäude erzielen.

Das geplante Vorhaben soll dazu beitragen, die energetische Ausgestaltung des Neckarparks mit einem zukunftsorientierten, integrierten Energiekonzept zu realisieren, das neben energieoptimierten Neubauten ein innovatives neues Nahwärmenetz enthält, welches auf einen hohen Grad der Anwendung von Niedrigexergie und Nutzung lokal verfügbarer Energieträger abzielt. Kernelemente sind eine modellhafte monovalente Versorgung mit Wärme aus städtischem Abwasser. Eine Wärmeeinleitung und damit Kälteerzeugung ist mit Abwasser ebenso möglich.

Der konzeptionelle Ansatz

Die Ausbildung des Neckarparks als Niedrigstenergiegebiet erlaubt, die Vorlauftemperaturen des geplanten Wärmenetzes deutlich abzusenken (30°C oder niedriger). Dies ermöglicht eine großflächige Nutzung der Abwasserwärme. Die Warmwasserbereitung (65°C) kann über einen kaskadierten Wärmepumpenbetrieb erfolgen. Die Wärme wird einem nahegelegenen Abwasserkanal entzogen und über ein Niedertemperatur-Nahwärmenetz verteilt. Zur Nutzung der Abwasserwärme sind unterschiedliche Wärmetauscher-Systeme vorgesehen: kanalintegriert und als Bypass. Photovoltaik soll zur Kompensation der benötigten Hilfsenergie genutzt werden.

In Kombination von Niedrigstenergiegebäuden und Niedrigexergieversorgung mit regenerativer Energie soll ein optimales Gesamtsystem Wärmeversorgung/Gebäude erzielt werden, das zudem ökologisch und ökonomisch nachhaltig ist, da es unabhängig von fossilen Energieträgern und -märkten bestehen kann. Die Ergebnisse können auch zur flächigen Ausdehnung der Fern-/Nahwärme in Gebieten mit niedriger Wärmedichte genutzt werden.

Finanzierung

Die Gesamtkosten des Projekts sind mit 7,6 Mio. Euro kalkuliert, davon 5,8 Mio. Euro für bauliche Investitionen und 1,5 Mio. Euro für Planungsleistungen. Das FE-Vorhaben wird mit 3,8 Mio. Euro zu 50 % vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert (EnEff:Wärme).

Realisierung

Das Energiekonzept wird interdisziplinär bis zur Ausführungsreife fortentwickelt  und anschließend schrittweise umgesetzt. Innerhalb der integrierten Planung gilt es technologische geeignete Komponenten auszuwählen und ein tragfähiges Betriebskonzept auszuarbeiten. Bauherren und Investoren in diesem Quartier werden im besonderen Maße angehalten, Innovationen und Erkenntnisse aus den BMWi-Forschungsinitiativen „Energieeffiziente Stadt (EnEff:Stadt)“ und „Energieoptimiertes Bauen (EnOB)“ umzusetzen.

Eine Realisierung des Neckarparks als Niedrigenergie-Siedlung würde es erlauben, die Vorlauftemperaturen des geplanten Wärmenetzes deutlich abzusenken (30°C oder niedriger). Dies ermöglicht eine großflächige Nutzung der Abwasserwärme. Dazu sind grundsätzlich unterschiedliche Wärmetauscher-Systeme in der Lage: kanalintegriert und als Bypass. In 2015 entschied sich die Stadt Stuttgart für den Einsatz eines Rinnen-Wärmetauschers, d. h. eines Wärmetauschers im Kanal mit einer Entzugsleistung von 2.100 kW. Die Einsatzbedingung: Die Fließgeschwindigkeit des Abwassers muss ausreichend hoch sein, um Ablagerungen zu verhindern oder sie abzuspülen. Dies setzt ein Gefälle mindestens 0,1 % voraus. Die Energie des Abwassers soll durch den Rinnenwärmetauscher entzogen und in ein Niedrigtemperatur-Nahwärmenetz eingespeist. Die Wärme zur Warmwasserbereitung soll nicht wie ursprünglich geplant dezentral über Wärmepumpen, sondern in der Heizzentrale mittels eines Blockheizkraftwerks erzeugt werden. Das Wärmenetz wird mit 4 Leitern ausgeführt: Vor-/Rücklauf Niedertemperatur-Raumwärme und Vor-/Rücklauf Heißwasser zur Warmwasserbereitung. Ein so optimiertes Gesamtsystem „Wärmeversorgung/Gebäude“ mit Einbindung regenerativer Energien könnte auch zur flächigen Ausdehnung der Fern- bzw. Nahwärme in Gebieten mit niedriger Wärmedichte genutzt werden.

Stand der Arbeiten

Im März 2015 wurden Vorplanung und Kostenschätzung abgeschlossen. Zeitgleich entwarf die Stadt eine Satzung zum Anschluss- und Benutzungszwang. Der erste Bebauungsplan für das Quartier umfasst Regelungen für Photovoltaik-Anlagen zur Kompensation der Hilfsenergie für die Abwasserwärmenutzung und den Standort der Heizzentrale. Noch offen sind die Klärung der Betreiberfrage mit den Stadtwerken Stuttgart und die Entwicklung von Muster-Wärmelieferverträgen.

Projekt-Zeitplan
  • 2016: Bau von Energiezentrale und Wärmenetz
  • 2017: Beginn der Wärmeversorgung und Verlegung des Hauptabwasserkanals
  • 2018: Inbetriebnahme der Abwasserwärmenutzung
  • 2019: Abschluss der Gebietsaufsiedelung Nichtwohnen2020: Beginn Wohnbebauung.

Kenndaten Energie

vorher Potenzial nachher Einheit
Summierte Energiebezugsfläche (NGF)     170.000,00
Primärenergieaufwandszahl/-faktor Wärme     0,60 0
Entzugsleistung Abwasserwärme     2.100,00 kW

Kenndaten Wirtschaftlichkeit

vorher nachher Einheit
Kalkulierte Gesamtkosten   7,60 Mio. Euro
Bauliche Investitionen   5,80 Mio. Euro
Planungsleistungen   1,50 Mio. Euro
  • "Energie" im Webauftritt der Landeshauptstadt Stuttgart