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Stadtquartier Grünheide

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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In sechs kompakten Fachbeiträgen erfahren Sie mehr über „das Quartier Grünheide“, mit Details zum Energiekonzept und wie dynamische Simulationen und Wärmenetzoptimierungen zum Gelingen des Projektes beitragen. Darüber hinaus werden die wichtigen Fördermöglichkeiten und die komplexen energierechtlichen Anforderungen an ein Quartier diskutiert.

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Bildungs- und Sportcampus Bürstadt, Hessen

Stadtquartier Grünheide in Bielefeld

Vom Konzept zur Detailplanung

Bilder: ©reich+hölscher

Team für Technik überzeugt mit simulationsgestützter Planung und hat die Machbarkeitsstudie für ein anspruchsvolles Versorgungskonzept erfolgreich abgeschlossen.

Im Rahmen eines Pilotprojekts zum Vorhaben “Gesunde und Soziale Stadt“ und mit Unterstützung zahlreicher Förderer, darunter die Dietmar Hopp Stiftung, entsteht in Bürstadt (Hessen) ein neuer Bildungs- und Sportcampus mit einer Gesamtfläche von ca. 32.000 m2. Aus dem bestehenden Areal, das mehrere Sportvereine beherbergt, wird ein offener Campus mit multifunktionaler Sportanlage als Begegnungs- und Bewegungsstätte für alle Generationen. Neben bestehenden Einrichtungen werden zukünftig modernisierte und neu geschaffene Bereiche zur Verfügung stehen. Zwei Turnhallen, mehrere Vereinsheime und ein Jugendhaus sind bereits genauso Teil des Campus wie das städtische Freibad. Zwei Kunstrasensportplätze und eine Freilufthalle sowie eine neue Flutlichtanlage sollen die Möglichkeiten erweitern und mehr Komfort bei der ganzjährigen Nutzung der Sportanlagen bieten. Hinzu kommt der Neubau eines Bildungszentrums, welches als multifunktional genutztes Gebäude auf Passivhausniveau das Herzstück des Campus bilden soll. Ziel ist es, mithilfe eines durchdachten innovativen Energiekonzeptes den gesamten Campus klimaneutral zu betreiben.

Nachhaltiges innovatives Energiekonzept

Die Team für Technik GmbH wurde mit der Planung dieses Energiekonzepts betraut. Die innovative Ingenieurgesellschaft für Energie- und Versorgungstechnik mit Büros in München, Nürnberg, Berlin und Karlsruhe ist spezialisiert auf ökologisch und ökonomisch nachhaltige Lösungen, die auf langjähriger Erfahrung in Beratung, Planung und Bauüberwachung basieren. Seit 1998 berät Team für Technik erfolgreich Kunden bei allen Fragestellungen im Bereich Energie- und Versorgungstechnik.

Neben der Weiterentwicklung von Bestandsanlagen mussten für den Bildungs- und Sportcampus Bürstadt gleichzeitig Neubauten und geplante zukünftige Erweiterungen bestehender Gebäude berücksichtigt werden. Zudem sollte die vielseitige Nutzung des Areals als offene Fläche, durch Vereine und zukünftig auch bei Veranstaltungen sowie die Baubeschaffenheit der Gebäude berücksichtigt werden. Unterschiedlichste Anforderungen an den Energiebedarf sind die Folge. Eine besondere Herausforderung bestand darin, dass die Temperaturanforderungen des Heizsystems sowohl den Bestandsanlagen mit höherer Solltemperatur als auch den Neubauten mit niedrigerer Solltemperatur gerecht werden sollte. Der bestehende Gaskessel des Freibades wurde zum Beispiel lediglich als Ausfallreserve beibehalten. Die solarthermische Anlage des Freibads wird modernisiert und ebenfalls in das Wärmenetz eingebunden.

Außerdem musste die Energieversorgung gemäß den Regularien für ein Wärmenetz 4.0 geplant werden, um die hohen Nachhaltigkeitsziele zu erfüllen sowie die entsprechenden Fördermittel zu sichern.

Simulationsgestützte Planung

Team für Technik setzt seit Jahren auf simulationsgestützte Planung mit Polysun von Vela Solaris. Bei dem Projekt Bildungs- und Sportcampus Bürstadt wurde schnell klar, dass die Planung aufgrund der Ausmaße und Komplexität des Projekts nur mithilfe von Simulation genau und effizient durchgeführt werden kann. Dazu wurden bereits in einer frühen Projektphase zunächst unterschiedliche Varianten einander gegenübergestellt und in Polysun abgebildet. Hierbei wurde eng mit den Experten von Vela Solaris zusammengearbeitet. Ein erstes Modell wurde entwickelt, sodass das Team für Technik lediglich Verfeinerungen und Optimierungen vornehmen musste. „Das erste Grobmodell der Polysun-Simulation wurde bereits bei einem vor Ort Workshop in unserem Büro in Zusammenarbeit mit Vela Solaris erstellt und später in unserem Auftrag von Vela Solaris sehr zeitnah in remote Zusammenarbeit vervollständigt – so konnten wir uns auf die Verfeinerung und Optimierung konzentrieren. Für kurzfristige Rücksprachen stand Vela Solaris jederzeit unkompliziert und äußerst kompetent zur Seite!“, so Fabian Speer, Team für Technik GmbH.

Als favorisierte Variante zur ganzheitlichen Energieversorgung des Bildungs- und Sportcampus wurde schließlich ein Nahwärmenetz mit einer Grundwasserwärmepumpe und kaskadierender Versorgung mit dezentralen Wärmepumpen sowie einem geschlossenen Verteilernetz für Strom mit Photovoltaik gewählt. Mit Polysun wurde diese Variante weiterentwickelt und verfeinert: Die Abbildung und Optimierung der Steuerungslogik lieferte entscheidende Kriterien für die Planung der Automation. Zudem konnte die passende Dimensionierung der Solarthermieanlage definiert werden. Dies führte zu einer Steigerung des solaren Deckungsgrades um rund 4 Prozent sowie eine Erhöhung der Systemjahresarbeitszahl (SJAZ) von 4,1 auf 4,9 durch solarthermische Grundwasser-Vorwärmung.

Erfolgreicher Funktionstest und Machbarkeitsstudie

Schließlich wurde mit Simulation in Polysun der Funktionstest zuverlässig erbracht und die Kriterien zur Einhaltung der Förderregularien für das Wärmenetz 4.0 sichergestellt. Diese bildeten die Basis für den komplexen Förderantrag beim Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA), insbesondere im Hinblick auf die Grundwassernutzung (Simulation der Wärmeentnahme und entsprechender Volumenströme) sowie den Förderanteil für die PV-Anlagen (Anteil Direktnutzung für die Wärmeerzeugung).

Gegenüber dem Auftraggeber sowie anderer Anspruchsgruppen konnte das gesamte Konzept zur Energieversorgung dank konsequenter Simulation transparent und überzeugend dargestellt werden. Das simulationsgestützt geplante ganzheitliche Energiekonzept für den Bildungs- und Sportcampus Bürstadt überzeugte schließlich, wurde vom Stadtrat angenommen und das Unternehmen wurde mit der Umsetzungsplanung beauftragt.

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.

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In sechs kompakten Fachbeiträgen erfahren Sie mehr über „das Quartier Grünheide“, mit Details zum Energiekonzept und wie dynamische Simulationen und Wärmenetzoptimierungen zum Gelingen des Projektes beitragen. Darüber hinaus werden die wichtigen Fördermöglichkeiten und die komplexen energierechtlichen Anforderungen an ein Quartier diskutiert.

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