EK 2020

Umsetzung Energiekonzept 2020 (EK 2020) auf dem Campus Universitätsplatz, Bauzeit 2021 - 2024

0.    Grundgedanken des Energiekonzeptes

1.    Ziel und zeitliche Umsetzung der Baumaßnahme

2.    Optimierte Lösung für die Zielerreichung

3.    Wärme- und Kälteverteilung (Erneuerung Wärmeversorgungsnetz, Neubau Kälteversorgungsnetz, Hausanschlussstationen, Rückbau)

3.1  Wärmeversorgungsnetz (WVN)

3.2   Kälteversorgungsnetz (KVN)

3.3   Systemtrennung und Hausanschlussstationen für die Wärme- und Kälteenergieversorgung der Gebäude

3.4   Demontage des verschlissenen Wärmeversorgungsnetzes

4.    Erneuerung und Ertüchtigung des Backbone-Netzes der IT-Infrastruktur des Campus Universitätsplatz

5.    Zentrale Versorgungsanlage

6.    Rahmenterminplan und Pläne

6.1   Rahmenterminplan

6.2   Zeichnungen und Pläne

7.    Einblick unter die Erde auf den Bestand unseres jetzigen Wärmeversorgungsnetzes

0.    Grundgedanken des Energiekonzeptes

Der Campus Universitätsplatz der Otto-von-Guericke-Universität (OVGU) hat einen jährlichen Energiebedarf von 16,5 Mio. kWh Elektroenergie, 16,6 Mio. kWh Wärmeenergie sowie 8,3 Mio. kWh Kälteenergie. Die Herausforderung für die Energieversorgung ist der hohe Bedarf an Kälteenergie.

Unter Nutzung des primären Energieträgers Erdgas werden die benötigten Energiearten im Energiekonzept 2020 in einer Zentralen Versorgungsanlage (ZVA) produziert und über zwei campuserschließende Leitungsnetze (Wärmeversorgungs- und Kälteversorgungsnetz), an die verschiedenen Gebäude des Campus Universitätsplatz verteilt. In der ZVA werden zwei Blockheizkraftwerke (BHKW) eingesetzt, die aus dem primären Energieträger ganzjährig mit einer optimalen Auslastung Wärme und Elektroenergie erzeugen. Im Sommer wird die produzierte Wärme dann über Absorptionskältemaschinen (AKM) in Kälte umgewandelt.

Die Umsetzung des Energiekonzepts 2020 setzt sich aus vier voneinander unabhängigen, sich aber bedingenden Teilbaumaßnahmen, zusammen:

             Maßnahme                                                                                                                                         Kosten

Als ersten Schritt hin zu einem ganzheitlichen Energiekonzept und zur Senkung der Energiekosten hat die OVGU im Jahr 2014 zwei wärme-/ stromgeführte BHKW zur Eigenerzeugung von Elektro- und Wärmeenergie als praktikable und sinnvolle Zwischenlösung gepachtet. Der hierfür eingesetzte Primärenergieträger Erdgas zur Wärme- und Elektroenergieerzeugung erbrachte gleichzeitig einen ersten Beitrag zur CO₂-Reduktion in Höhe von ca.2.170 t/a bezogen auf die CO₂-Emission bis zum Jahr 2014.

Damit ergibt sich folgende Darstellung in der CO₂-Bilanz. Die endgültige Bilanz gemäß EK2020 ergibt sich durch den Einsatz der Kälteabsorptionsanlagen zur Kälteerzeugung.

1.  Ziel und zeitliche Umsetzung der Baumaßnahme

Etablierung einer ganzheitlichen Versorgung mit Elektro-, Wärme- und Kälteenergie des Campus Universitätsplatz der OVGU für die nächsten mindestens 15 Jahre, die

1. auf Basis moderner, robuster Technik einen gesicherten Betrieb in Lehre und Forschung garantiert,
2. unter Nutzung eines, auf dem aktuellen Stand der Technik befindlichen, energieeffizienten Technologieansatzes zur nachhaltigen Senkung des Energieverbrauchs und des CO₂-Ausstosses der OVGU beiträgt sowie

betriebswirtschaftlich kostenoptimiert ist und so die Betriebskosten der OVGU mittel- bis langfristig möglichst stabil bzw. maximal moderat steigend gestaltet.

Die Baumaßnahme wird in zwei Bauabschnitten umgesetzt.

Der 1. Bauabschnitt befindet sich östlich der Pfälzer Straße und wird im Jahr 2021 umgesetzt.

Der 2. Bauabschnitt befindet sich zwischen der Gareissstraße und der Pfälzer Straße und wird in zwei Bereichen in den Jahren 2022 und 2023 realisiert. Im Jahr 2024 erfolgt in verschiedenen restlichen Abschnitten noch der Rückbau des alten Wärmeversorgungsnetzes und die Wiederherstellung der vom Bau betroffenen Flächen.

Der Aufbau des neuen Lichtwellenleiternetzes erfolgt in den einzelnen Bauabschnitten parallel zum Neubau des Wärme- und Kälteverteilnetzes.

Für die Baustelleneinrichtung für die gesamte Bauzeit wird der Parkplatz südlich des Gebäudes 19 (Chemikalienlager) genutzt werden müssen.

Zum Öffnen der Rohrtrassen werden sich zeitweise Vollsperrungen ergeben. Nach dem Öffnen der Rohrtrassen werden anschließend Übergänge für Fußgänger, Radfahrer und teilweise für den Kraftverkehr geschaffen werden.

Für den 1. Bauabschnitt finden Sie die Entwürfe unter den Punkten 6.5 und 6.6.

Die Entwürfe der Sperrpläne und auch die konkreten Sperrzeiten werden im Rahmen der Beauftragung der Firmen mit diesen abgesprochen, optimiert und zeitnah auch auf dieser Webseite veröffentlicht.

Im Dezember werden die europaweiten Ausschreibungen für die Firmen des 1. Bauabschnittes veröffentlicht.

Die Submissionsergebnisse werden Mitte Februar vorliegen. Anschließend erfolgen die Angebotsprüfungen und die technischen Aufklärungsgespräche mit den Anbietern. Ende März soll die Beauftragung der Firmen erfolgen, so dass im April die Baustelleneinrichtung aufgebaut werden kann und Anfang Mai der geplante Baubeginn sein wird.

Zum Heizbeginn, Mitte September soll das neue Wärme- und Kälteversorgungsnetz in Betrieb geben und auch die Rohrgräben sollen geschlossen sein.

2.  Optimierte Lösung für die Zielerreichung

Grundlage der Erstellung der Planungsunterlage ist ein, im Oktober 2016, durch ein Planungsbüro erstelltes „Liegenschaftsbezogenes Energiekonzept (LEK)“ für den Campus Universitätsplatz. Als Grundlage für die Entwicklung des Energiekonzeptes diente der Leitfaden „Nachhaltiger und effizienter Energieeinsatz an den Helmholtz-Forschungszentren“ des Forschungszentrums Jülich, welche im Auftrag des Bundes erarbeitet wurde. Dieser Leitfaden enthält Handlungsempfehlungen, welche Energiearten für eine zukünftige Energieversorgung zur Verfügung stehen und wie diese genutzt werden können und sollten.

Gemäß des o.g. Leitfadens wurden für die Erstellung des LEK für den Campus Universitätsplatz folgende Energieträger genauer untersucht:

1. Holzpelletheizkesselanlagen
2. Biogasanlagen
3. Tiefengeothermie
4. Kleinwindanlagen
5. Solarthermieanlagen
6. Photovoltaikanlagen
7. Anlagen zur Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK)
8. Erdgas

Auf Grund der örtlichen Lage des Campus und der geologischen Bedingungen konnten nur die Optionen 6, 7 und 8 vertiefend verfolgt werden.

Aufbauend auf dem Ergebnis des LEK zum Einsatz verschiedener primärer Energieträger und der Nutzung unterschiedlichster Technologien zur bedarfsgerechten Bereitstellung der drei notwendigen Energiearten (Elektro-, Wärme und Kälteenergie) hat die OVGU folgendes Gesamtkonzept erarbeitet (siehe auch Abb. 1):

Abbildung [2.1]: KWKK Anlagenschema SOLL der ZVA

Auf Basis des primären Energieträgers Erdgas werden die verschiedenen benötigten Energiearten (je nach Jahreszeit vorwiegend Wärme- oder Kälteenergie) in einer ZVA produziert und über zwei campuserschließende Leitungsnetze, ein Wärmeversorgungsnetz (WVN) und ein Kälteversorgungsnetz (KVN), an die verschiedenen Gebäude des Campus Universitätsplatz verteilt. In der ZVA werden zwei BHKW eingesetzt, die aus dem primären Energieträger ganzjährig mit einer maximalen Auslastung Wärme und Elektroenergie erzeugen. Im Sommer wird die produzierte Wärme dann über AKM mit einem hohen Wirkungsgrad in Kälte umgewandelt. Von der ZVA wird die produzierte Energie über die campuserschließenden Leitungen bedarfsgerecht auf die dezentralen Verbraucher (Gebäude) verteilt. Da die Erzeugung von Elektroenergie über die geplanten BHKW den Bedarf des Campus nicht decken kann, wird parallel über einen Energieversorger Elektroenergie bezogen. Die OVGU nimmt für den ergänzenden Bezug der Elektroenergie an der Ausschreibung des Landes teil.

3.   Wärme- und Kälteverteilung (Erneuerung Wärmeversorgungsnetz, Neubau Kälteversorgungsnetz,

      Hausanschlussstationen, Rückbau)

3.1  Wärmeversorgungsnetz (WVN)

Das vorhandene und im Rahmen des mit der GETEC bestehenden Wärmeliefervertrages verpachtete, aber im Eigentum des Landes befindliche Wärmeversorgungsnetz mit einer Länge von knapp 5 km, wurde in den Jahren 1953-1965 errichtet.

Die rechnerische Nutzungsdauer ist für alle Komponenten weit überschritten (gemäß VDI 2067-1):

Rohrleitungen 40 Jahre, Armaturen 20 Jahre, gemäß Landesrichtlinie 30 – 50 Jahre)!

Die Wärmeisolierung ist ebenfalls verschlissen und genügt den heutigen Anforderungen nicht mehr. In den vergangenen Jahren ist es durch Materialermüdungserscheinungen zunehmend zu Havarien gekommen.

Nach heutigen Bedarf derWärmeübertragung, auf Basis einer aktuellen Wärmebedarfsermittlung aller angeschlossenen Gebäude, besitzt es einen überdimensionierten Leitungsquerschnitt.

Auf Basis von Materialkenndaten verursacht der Zustand der Leitungen einen errechneten Wärmeverlust von 15 % bis zu 20 % (d.h. 10 bis 15 % über dem technisch nicht vermeidbaren Verlust von rund 5 %), was einen vermeidbaren, jährlichen mittleren Energieverlust von umgerechnet ca. 80.000 € oder 375 t CO₂ ergibt.

Beim Bau des neuen Wärmeversorgungsnetzes werden die Rohrquerschnitte deutlich reduziert. Verdeutlicht wird dies u.a. mit der Einsparung von 23 t entsprechend 30 % weniger zu verlegendem Stahlrohr im neuen WVN im Vergleich zum bestehenden WVN.

Im neuen WVN erfolgt eine Verringerung der Rohrquerschnitte und damit eine Verringerung der Rohroberfläche von ca. 20 %. Diese Reduzierung der Wärmeverluste führt nochmals zu  Kosteneinsparungen von ca. 10 T€ / a.

Das Wärmeversorgungsnetz ist abgängig und der weitere Betrieb hoch risikobehaftet, sodass es dringend erneuert werden muss!

3.2  Kälteversorgungsnetz (KVN)

Der Kältebedarf der OVGU ist im vergangenen Jahrzehnt auf ca. 4 MW stark angestiegen. In den nächsten Jahren wird der Bedarf an Kälteenergie um ca. 1,2-1,5 MW weiter steigen (siehe ). Erzeugt wird die Kälteenergie derzeit mittels Kältekompressionsmaschinen auf der Basis von Elektroenergie dezentral in den einzelnen Gebäuden. Der entscheidende Nachteil des dezentralen Ansatzes ist, dass dieser Ausbau immer auf die Lastspitzen im entsprechenden Gebäude erfolgen muss, obwohl Lastspitzen nur punktuell und von Gebäude zu Gebäude zeitlich versetzt auftreten. Darüber hinaus führen Ausfälle der dezentralen Anlagen immer zur Versorgungseinschränkungen und damit auf den Lehr- und Forschungsbetrieb ohne Kompensationsmöglichkeiten. Mit dem Aufbau des Kälteversorgungsnetzes und der Zentralisierung der Kälteerzeugung ist es möglich, die Lastspitzen zu glätten und den Gesamtkälteleistungsbedarf für den Campus Universitätsplatz zu optimieren. Mit dem Kälteversorgungsnetz entsteht somit eine wesentlich höhere Versorgungssicherheit.

Durch die Verringerung der Kälteerzeugungsanlagen verringern sich auch die notwendigen Wartungs-, Inspektions- und Instandhaltungskosten für die Anlagentechnik.

Um die bestehenden Kälteerzeugungsanlagen auf den einzelnen Gebäuden bis zum Ende ihrer normativen Nutzungsdauer wirtschaftlich sinnvoll nutzen zu können, wird die Kälteenergieübertragung über das Kälteversorgungsnetz in den ersten Jahren sukzessive in dem Maße gesteigert, wie dezentrale Anlagen ausfallen und ersetzt werden müssen. Die Dimensionierung des Kälteversorgungsnetzes wird aber bezogen auf den Endausbau erfolgen. 

3.3  Systemtrennung und Hausanschlussstationen für die Wärme- und Kälteenergieversorgung der Gebäude

Die technischen Anlagen in den Hausanschlussstationen, Pumpen, Stellventile, Zähler etc. sind nach über 20 Jahren Nutzungszeit technisch verschlissen und durch aktuelle Systeme der Gebäudeautomation (GA) nur noch sehr aufwändig anzusteuern.

Zur Sicherung der Aufrechterhaltung des Betriebes erfolgt eine Trennung zwischen den Versorgungsnetzen (VN) und den Versorgungsanlagen der einzelnen Gebäude. Damit werden Fehlerfälle innerhalb der Versorgungssysteme in den Gebäuden bspw. bei Rohrbrüchen, Undichtigkeiten etc. auf das Gebäude begrenzt.

Hierzu werden nach der Hauseinführung der VN hinter dem Wärme-/Kältemengenzähler jeweils Wärme-/Kältetauscher installiert. Zur druckseitigen Absicherung der Sekundärkreise im Gebäude werden Abgleich-, Stell- und Regelventil und die notwenigen Pumpen erneuert bzw. neu eingebaut.

Die automatisierte Überwachung, Steuer- und Regelung incl. Störungsmeldung der Anlagen erfolgt durch die GA. Zur Sicherung von Funktionalitäten, wie die Messung und Übertragung von: Vor-/Rücklauftemperaturen, Drücken, Zählerwerten, automatisches Programmieren von Regel- und Pumpenkennlinien etc. sind die Komponenten der Anlagenebene und deren Software zu erneuern und dem aktuellen Stand der Leitzentrale der GA anzupassen.

In verschiedenen Gebäuden müssen bestehende bzw. neue Räume für die Kälteversorgung erschlossen werden. Hier wird es Gespräche mit den Fakultäten zur Bereitstellung geben müssen.

3.4  Demontage des verschlissenen Wärmeversorgungsnetzes

Die beim Bau des abgängigen Wärmeversorgungsnetzes verwendeten Isolier- und Ummantelungsstoffe, Glaswolle, Teerpappe, Teertränkungen, ältere Keramikwolle etc. gelten heute als Gefahrenstoffe und müssen entsprechend dem Regelwerk fachgerecht zurückgebaut und entsorgt werden. Gleichzeitig wird ebenso das alte, nicht mehr nutzbare Leitungsnetz zurückgebaut, um die begehbaren und bekriechbaren Kanäle weiterhin für eine zukünftige sicher unumgängliche punktuelle Ergänzung und Verlegung von Kabeln und Leitungen verwenden zu können.

4.    Erneuerung und Ertüchtigung des Backbone-Netzes der IT-Infrastruktur des Campus Universitätsplatz

Das bestehende Backbone-Netz, also die kabelgebundene Verknüpfung der kompletten IT-Infrastruktur auf dem Campus Universitätsplatz wurde Mitte der 1990-ziger Jahre im Rahmen einer Interimsverkabelung aufgebaut und sicherte den damaligen Bedarf an Datenübertragungsgeschwindigkeiten und -volumen.

Die Anforderungen aller IT-Anwendungen in Forschung und Lehre in Bezug auf den Datendurchsatz sind in den vergangenen Jahren exponentiell gestiegen, sodass die Leistungsgrenzen inzwischen erreicht sind. Insbesondere die neuen Forschungsthemen wie autonome Mobilität, Internet der Dinge, künstliche Intelligenz oder 5G-Standard, in denen sich die OVGU gegenwärtig positioniert und bereits überregional sichtbar geworden ist, erfordert eine stabile Netzwerkinfrastruktur mit einem hohen Datendurchsatz zwischen den einzelnen Campus-Gebäuden und nach außen. Auch erfordert eine Digitalisierung der Lehre und die Übertragung von Veranstaltungen unter Realzeitbedingungen das Aufnahme- und Übertragungstechnik sowie andere medientechnische Systeme zwischen den Hörsälen und Seminarräumen mit hohen Datendurchsatz mit einander verbunden sind. Darüber hinaus erwachsen aus den weitersteigenden Anforderungen an die gebäudetechnische Ausstattung Notwendigkeiten ständig höherer Datenübertragungsraten und –geschwindigkeiten bereitzustellen. Über das Datennetz werden heute auch gebäudetechnische Systeme, wie Gebäudeautomation, Gefahrenmanagementsystem (zentrale Zusammenschaltung aller Brand-, Einbruchs- und Gaswarnmeldeanlagen, Kommunikationssysteme (VoIP) sowie die Energiemanagementsysteme zwischen den Gebäuden verbunden.

Die Erneuerung der alten Datenkabel durch moderne leistungsfähige Glasfaserkabel (Lichtwellenleiter, LWL), die einen hohen Datendurchsatz zwischen jedem beliebigen Gebäude auf dem Campus gewährleisten, ist zwingend erforderlich. Dies geht einher mit der Zentralisierung von Kapazitäten für Hochleistungsrechner in den beiden Standorten (Gebäude 01 und 26.1) des Universitätsrechenzentrums, die nur mit einer entsprechend leistungsfähigen Netzwerkanbindung sinnvoll genutzt werden kann.

Mit der campusweiten Erneuerung des WVN und des Neubaus eines KVN müssen ohnehin umfangreiche Erdarbeiten, bis an jedes Gebäude heran, ausgeführt werden. Um diese Gelegenheit effektiv zu nutzen, soll in den zu grabenden Schächten parallel zum Rohrleitungssystem ein LWL-Leerrohrsystem (Glasfaserkabel für die Ertüchtigung der IT-Netzwerkinfrastruktur) mit verlegt werden.

Überlegungen das Wärme- und Kälteversorgungsnetz im Rahmen des Contractings mit Auszuschreiben würde diesen Vorteil aufheben. Eine getrennte Verlegung des LWL-Leerrohrsystems würde dann Mehrkosten von 215.000 € verursachen.

5.    Zentrale Versorgungsanlage

Für eine möglichst hohe Energieeffizienz des Energiekonzepts 2020 sollte der Standort der ZVA so zentral gewählt werden, dass die Wärme- und Kältenetze mit minimaler Leitungslänge und somit geringsten Energieverlusten vom Erzeugungsort alle Gebäude des Campus Universitätsplatz versorgen können. Unter Abwägung verschiedener Kriterien wurde als Standort für die ZVA die Fläche östlich des Gebäudes 15.1 definiert.

Die ZVA beinhaltet die Komponenten BHKW, Kälteabsorptions- und Kältekompressionsmaschinen, die Heizkessel sowie die zentrale Steuerungs- und Regelungstechnik, die über die zentrale GA der OVGU problemlos personalarm betrieben werden kann.

Der jetzige Standort der BHKWs und der Wärmeerzeugungsanlagen der GETEC  liegt ca. 850 m (Luftlinie) vom Standort der ZVA entfernt. Für eine Wärmeversorgung mit einer Temperaturspreizung von ca. 20 Grad spielt diese Entfernung hinsichtlich energetischer Verluste eine untergeordnete Rolle. Mit der GETEC wurde 2014 auch geprüft, ob mittels der pachteten BHKWs auch Kälteenergie erzeugt und auf den Campus transportiert werden kann. Diese Prüfung ergab, dass eine Kälteenergieübertragung bei einer Temperaturspreizung von 6 Grad und dieser Entfernung auf Grund der energetischen Verluste unwirtschaftlich ist.

6.      Rahmenterminplan und Pläne

6.1   Rahmenterminplan

Abbildung [6.1.1]: Rahmenterminplan des Bauablaufs für das EK 2020

Abbildung [6.1.2]: wöchentlicher Terminplan des Bauablaufs für das EK 2020

6.2   Zeichnungen und Pläne

Abbildung [6.2.1]: Trassenverlauf des neuen Wärmeverteilnetzes mit Standort der neuen ZVA (gelb)

Abbildung [6.2.2]: Trassenverlauf des neuen Kälteverteilnetzes mit Standort der neuen ZVA (gelb)

Abbildung [6.2.3]: 1. Bauabschnitt im Jahr 2021: Trassenverlauf von WVN und KVN östlich der Pfälzer Straße

Abbildung [6.2.4]: 1. Bauabschnitt im Jahr 2021: Straßen- und Stellplatzsperrungen zwischen Gebäuden 26.1, 27, 31, 25, 28

Abbildung [6.2.5]: 1. Bauabschnitt im Jahr 2021: Straßen- und Stellplatzsperrungen zwischen Gebäuden 26, 30, 29

Abbildung [6.2.6]: Baustelleneinrichtung zwischen den Gebäuden 16, 19, 22

Abbildung [6.2.7]: provisorische Heizzentrale für Geb.18

Abbildung [6.2.8]: provisorische Heizzentrale für Geb.16

Abbildung [6.2.9]: provisorische Heizzentrale für Geb.09 und CampusTower

7.  Einblick unter die Erde auf den Bestand unseres jetzigen Wärmeversorgungsnetzes

Ein großer Teil unseres Bestandswärmeverteilnetzes befindet in ca. 1,5 km langen begehbaren bzw. bekriechbaren Kanälen unter der Erde.

Mit einigen Bildern wollen wir Ihnen dies hiermit nahe bringen.

Abbildung [8]: Einblick unter die Erde auf den Bestand unseres jetzigen Wärmeversorgungsnetzes