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Stadtquartier Grünheide in Bielefeld

Vom Konzept zur Detailplanung

Bilder: ©reich+hölscher

reich+hölscher wagt neue Wege und überzeugt mit innovativem Energiekonzept – simuliert mit Polysun.

Im Nordwesten des Bielefelder Stadtbezirks Mitte entsteht das Wohnquartier Grünheide. Es wird mit rund 600 Wohneinheiten eines der größten der Stadt. Auf acht Hektar Fläche will der Investor Amandla International GmbH & Co. KG (Unna) 400 City-Appartements errichten. In einem weiteren Bauabschnitt können weitere Gebäude mit rund 100 Wohneinheiten entstehen. Angedacht sind zudem Spezialimmobilien für Pflegeeinrichtungen oder Studentenwohnungen. Ein weiterer wichtiger Teil des Konzepts ist eine fünfzügige Kindertagesstätte.

In der wettbewerblichen Ausschreibung für das Energiekonzept konnte sich das Ingenieurbüro reich+hölscher klar durchsetzen. Dem Investor war wichtig, eine zukunftsweisende Lösung mit möglichst niederer CO2-Bilanz zu realisieren, welche gleichzeitig die Möglichkeiten einer zentralen Energieerzeugung effizient und wirtschaftlich nutzt.  reich+hölscher prüfte unter dieser Voraussetzung verschiedene Varianten: Das Referenzszenario bildete die Wärmeversorgung über den Fernwärmeanschluss der Stadtwerke Bielefeld und den Betrieb des Nahwärmenetzes mit einer Vorlauftemperatur von 75 Grad. Alternativ wurde verschiedene Varianten für den Betrieb eines «kalten» Nahwärmenetzes mit 45 Grad Vorlauftemperatur und der Einbindung von Luft-Wasser-Wärmepumpen untersucht.

Für einen aussagekräftigen Variantenvergleich setzte reich+hölscher von Anfang an auf die Simulationssoftware Polysun und die Zusammenarbeit mit Vela Solaris. Alle untersuchten Varianten konnten so simulativ abgebildet und in punkto Versorgungssicherheit, Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit verglichen werden. Dabei wurde klar, welche Variante am meisten überzeugt: In der gewählten Variante wird mit dem Strom aus Sonne und der Wärme aus der Luft das Wasser für die Beheizung der Wohnungen auf eine Vorlauftemperatur von 45 Grad erwärmt. Das reicht für die Fußbodenheizungen in den knapp 400 Wohnungen vollkommen aus. Ein zweiter Teil des Stroms dient in jedem Gebäude der Nacherhitzung von Warmwasser für Bad und Küche. Die Häuser werden durch ein Nahwärmenetz mit mehren, insgesamt 60.000 Liter fassenden Wasserspeichern in den Häusern verbunden. Ein dritter Teil des erzeugten Stroms fließt in Licht, Komfort und Technik für die Bewohner. Große Vorteile dieser Lösung: Die Energie wird direkt im Quartier erzeugt, kurze Leitungswege und niedrige Vorlauftemperaturen minimieren die Transportverluste.

In der weiteren Optimierung der gewählten Variante lieferten die Simulationsergebnisse von Polysun wertvolle Erkenntnisse. So konnte beispielsweise die Erzeugerleistung der Wärmepumpen um 40% reduziert werden und damit die Wirtschaftlichkeit signifikant gesteigert werden. Zudem konnten einzelne Fragestellungen gezielt durch Simulation beantwortet werden. Eine Fragestellung betraf die Wahl der Rohrdämmung unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit.  Die Energieverluste unterschiedlicher Rohrsysteme wurden dazu simuliert und den Investitionskosten gegenübergestellt. Eine weitere Fragestellung betraf den notwendigen Ausbau der Erzeugerleistung bei Hinzunahme weiterer Baufelder. Hier konnte ebenfalls simulativ die Lastszenarien über die Zeitachse analysiert und der entsprechend notwendige Ausbau der Erzeugerleistung der Wärmepumpen optimal dimensioniert werden. Das in Polysun bereits in der Wettbewerbsphase angelegte Energiesystemprojekt wurde durchgängig genutzt und mit Inputdaten angereichert, von der Entwurfs- über die Ausführungsplanung bis zum BAFA-Antrag im Rahmen der Förderung Wärmenetze 4.0.

Ein wichtiger Aspekt betrifft die zukünftig geplante Nutzung der Simulationssoftware Polysun: Die BAFA schreibt ein Monitoring der Energieanlage über elf Jahre vor. reich+hölscher plant deshalb, die simulierten Ergebnisse aus Polysun den gemessenen IST-Werten gegenüberzustellen, um die Qualitätssicherung im Betrieb zu gewährleisten.

An der Zusammenarbeit mit Vela Solaris wird besonders die Kompetenz beim Aufbau der Simulationsprojekte in Polysun geschätzt. Mit Unterstützung der Vela Solaris Simulationsexperten gelang der Aufbau und die weitere Optimierung der Energieprojekte zuverlässig und zeitsparend. 

Eckpunkte

Auftraggeber

Amandla International GmbH & Co. KG

Planer

reich+hölscher ingenieurbüro

Energiesystem-komponenten für Simulation

Luft-Wasser-Wärmepumpe, Pufferspeicher Heizenergie, Warmwasserspeicher, PV

Leistung Vela Solaris

Lizenzierung Simulationssoftware Polysun Designer und Unterstützung während dem Projekt in der simulativen Abbildung der Projektvarianten.

Ergebnis

Zuschlag zur Planung des Energiekonzepts für reich+hölscher im Rahmen einer wettbewerblichen Ausschreibung. Erfolgreicher Abschluss Entwurfs- und Ausführungsplanung. Signifikante Senkung der Investitions- und Betriebskosten durch simulative Optimierung der Dimensionierung der Erzeugerleistung und der Rohrdämmung.  Erteilung unverbindlicher Inaussichtsstellung für Förderung Wärmenetze 4.0 durch BAFA.

Galerie

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