Solare Fernwärme für das Quartier Brühl in Chemnitz – Begleitforschung (SolFW)
Einleitung Seit 1995 forscht und entwickelt die Professur Technische Thermodynamik im Bereich der Solarthermie. Besonders hervorzuheben sind die Programme Solarthermie2000 und Solarthermie2000plus. Dank der umfangreichen Förderung (BMWi, BMU, PTJ) und der vielfältigen Projekte konnten wichtige Grundlagen für die weitere Entwicklung von Großanlagen bereitgestellt werden.
Das SolFW-Projekt setzt hier an. Eine günstige Situation lag von 2009 bis 2011 in Chemnitz vor. Man erkannte, dass das Stadtgebiet Brühl (Teil der nördlichen Innenstadt von Chemnitz) komplett saniert werden musste. Eine Beschreibung zur städtebaulichen Situation findet man unter dem Thema: Aktive Stadt- und Ortsteilzentren.
Die Projektpartner, Stadtverwaltung u.v.a.m. engagierten sich hinsichtlich einer kompletten Umstrukturierung der Wärmeversorgung. Es folgte eine Analyse der Gebäude und Wärmeverbraucher. In einer Vorstudie (2011-2012) wurde das Wärmeversorgungskonzept entworfen. Das System wurde nach diesem Konzept umgesetzt. Die Planung übernahm die AIC Ingenieurgesellschaft für Bauplanung Chemnitz und die Realisierung lag bei der RAC-Rohrleitungsbau Altchemnitz. Die Stadtverwaltung Chemnitz hat Fördermittel für städtebauliche Maßnahmen erhalten (SOP). Von 2013 bis 2016 fanden die wesentlichen Netzbauarbeiten im Brühlgebiet statt. Wegen der komplexen Erschließung folgen weitere Anschlüsse bis 2017 (u. a. die Zentralbibliothek der TU Chemnitz).
Die Fertigstellung des Speichers und der Übergabestation realisierte man in 2015. Die Installation der Kollektorfelder fand im Sommer 2016 statt. Danach folgte die Inbetriebnahme. Die vollständige Erschließung wurde 2018 abgeschlossen.
Motivation und
allgemeine Ziele
Ökologische Faktoren sowie wirtschaftliche und gesellschaftliche Rahmenbedingungen erfordern eine massive Umgestaltung der Energieversorgung. Dies spiegelt sich auch im 6. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung wider. Deswegen werden mit dem Projekt
folgende allgemeine Ziel verfolgt:
  • Beiträge für eine zuverlässige, wirtschaftliche und umweltverträgliche Wärmeversorgung (Heizung, Trinkwassererwärmung),
  • bessere Einbeziehung des Gebäudebereichs als Schlüsselrolle im Prozess der Energiewende,
  • höherer Deckungsanteil der Solarthermie in der Wärmeversorgung bei gleichzeitiger Verbesserung der Energieeffizienz bei der Kraft-Wärme-Kopplung,
  • dadurch Reduktion des Primärenergiebedarfs und der Treibhausgas-Emissionen sowie der Energieimportabhängigkeit,
  • Durchführung eines Pilotprojektes mit sehr hohem Demonstrationscharakter.
Förderung

Das Projekt wird im Rahmen des 6. Energieforschungsprogramms der Bundesregierung gefördert und ist im Bereich Energieoptimierte Gebäude und Quartiere – dezentrale und solare Energieversorgung angesiedelt.
Projektmanagement

Projektträger Jülich
Förderkennzeichen: 0325871
Projektleitung
Begleitforschung

Prof. Dr.-Ing. habil. Thorsten Urbaneck
Tel: 0371 531 32463

Technische Universität Chemnitz
Fakultät für Maschinenbau
Institut für Mechanik und Thermodynamik
Professur Technische Thermodynamik
09107 Chemnitz
Projektleitung
Systembetreiber
Dipl.-Ing. Ulf Uhlig
Dipl.-Ing. Thomas Göschel
Tel: 0371 / 525 4743
inetz GmbH
Augustusburger Str. 1
09111 Chemnitz
Projektablauf
und -inhalte
Folgende Hauptaufgaben sind geplant:
  • Analyse des Systems und des Quartiers,
  • Datenübernahme, -verarbeitung und -auswertung sowie die Optimierung des Systems (wissenschaftlich-technisches Monitoring),
  • spezielle Untersuchungen der Kollektorfelder, des Speichers, des Nachheizsystems und einer Hausanschlussstation,
  • Untersuchungen der Kollektorfeldern mit einem speziellen  Monitoring,
  • Einsatz und Entwicklung von Simulationswerkzeugen,
  • Kooperation mit anderen relevanten nationalen Stellen und internationalen Akteuren (IEA SHC Task 55) sowie Öffentlichkeitsarbeit.

Projektlaufzeit: 01.10.2016 – 30.09.2019
Fernwärme und Quartier
Seit 1928 wird in Chemnitz Fernwärme (Heißwasser) genutzt. Aufgrund der städtebaulichen Entwicklung fand ein kontinuierlicher Ausbau bis 1990 statt. Die gekoppelte Strom- und Wärmeproduktion (Kraft-Wärme-Kopplung, KWK) nahm dabei eine wichtige Rolle ein.
In den letzten Jahrzenten haben sich die städtischen und energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen wesentlich geändert. Deswegen müssen die Versorgungssysteme, die stark mit den Quartieren gekoppelt sind, umstrukturiert werden.
Dieses Projekt bezieht sich auf das Quartier Brühl in Chemnitz. Ausgangspunkt ist ein städtebauliches Konzept (AS+P), welches alle städtebaulichen Aspekte betrachtet und eine wichtige Grundlage darstellt. Es folgten weitere Maßnahmen die vor allem Städtebau ausgesiedelt waren. Folgende Punkte spielten bei der Entwicklung des solaren Fernwärmesystems (2011-2012) eine wichtige Rolle:
  • Beachtung der geplanten städtebaulichen Entwicklung und des Denkmalschutzes (z. B. Häuser aus der Gründerzeit),
  • Anforderungen der Energieeinsparverordnung,
  • hohe Erschließung bzw. Netzauslastung,
  • Senkung der Netztemperaturen,
  • Typisierung einer Hausanschlussstation,
  • Übertragbarkeit auf andere Stadtteile.
Solare Fernwärme
Systemtechnik		 Im Unterschied zu vielen anderen Systemen in Deutschland wurde im Innenstadtbereich eine Zentrale aufgebaut. Diese besteht aus folgenden Komponenten:
  • einer Übergabestation zur Trennung des Niedertemperatur-Systems vom Bestands-Fernwärmesystem (Nachheizung und Umwälzung der Wärmeträger, Leittechnik, Druckhaltung und Sicherheitstechnik),
  • zwei Kollektorfelder mit einer Fläche von 2100 m² (Flachkollektoren der Fa. Wagner),
  • einem Zwei-Zonen-Speicher (Patent Dr. Thümmler, AIC) mit 1000 m³ zur Kurzzeit-Speicherung solarer Wärme im Sommer und von KWK-Wärme im Winter.
Links & Literatur
BINE Informationsdienst
Energieoptimierte Gebäude und Quartiere – dezentrale und solare Energieversorgung
Solarthermie2000
Solarthermie2000plus
European Energy Award in Gold für Chemnitz
Paradebeispiel: Chemnitzer Stadtgebiet „Brühl“ wird mit Sonnenkraft beheizt. Pressemeldung der TU Chemnitz vom 18.09.2018 in Kooperation mit der eins energie in sachsen und der Stadtverwaltung Chemnitz
Chemnitz geht mit energetischen Konzepten voran und  Nachhaltigkeit: Paradebeispiel Brühl Amtsblatt Chemnitz Nr. 33 vom 16.08.2019
Forschungsnetzwerke Energie / Energiewendebauen: SolFW: Solares Fernwärmesystem in Chemnitz auf andere Städte übertragbar. 05.11.2019
Imagefilm über das Quartier Brühl: https://www.energetische-stadtsanierung.info 2020
Ergebnisse und Veröffentlichungen

Die Ergebnisse wurden mit dem Fortschritt des Projektes veröffentlicht (siehe unten).

Bei Bedarf wenden Sie sich bitte per E-Mail an die Autoren. Der Abschlussbericht ist unter https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-390452 abrufbar.


Urbaneck, T.; Oppelt, T.; Platzer, B.; Frey, H.; Uhlig, U.; Göschel, T.; Zimmermann, D.; Rabe, D.: Solar District Heating in East Germany – Transformation in a Cogeneration Dominated City. Energy Procedia, Vol. 70 (2015) S. 587–594. - doi: 10.1016/j.egypro.2015.02.090

Urbaneck, T.; Fürbaß, G.; Stillger, G.: Energetische Stadtsanierung in Chemnitz – auf dem Weg zur grünen Fernwärme. In: Klimaschutz & erneuerbare Wärme - Beispiele, Aktivitäten und Potenziale
für die kommunale Wärmewende. Köln: Deutsches Institut für Urbanistik (Hrsg.) S. 54-61 2017. ISBN 978-3-88118-583-7

Shrestha, N. Lal; Urbaneck, T.; Oppelt, T.; Platzer, B.; Göschel T.; Uhlig, U.; Frey, H.: Implementation of large solar thermal system into district heating network in Chemnitz (Germany). In: International Solar Energy Society (Hrsg.): ISES Solar World Conference 2017 and the IEA SHC Solar Heating and Cooling. Freiburg, 2018, S. 322-332. - ISBN 978-3-9814659-7-6 doi:10.18086/swc.2017.06.08

Urbaneck, T.; Oppelt, T.; Shrestha, N. Lal; Platzer, B.; Göschel T.; Uhlig, U.; Frey, H.: Brühl Solar District Heating in Chemnitz - The technical implementation. 24. Symposium Nutzung regenerativer Energiequellen und Wasserstofftechnik; Luschtinetz, T.; Lehmann, J. (Hrsg.), Stralsund, 2017, Tagungsband, S. 133-141. – ISBN 978-3-9817740-3-0

Urbaneck, T.; Oppelt, T.; Shrestha, N. Lal; Platzer, B.; Göschel T.; Uhlig, U.; Frey, H.: Technische Umsetzung der solaren Fernwärme Brühl. EuroHeat&Power, VWEW Energieverlag 46. Jg. (2017) Heft 11 S. 20-23. – ISSN 0949-166X

Shrestha, N. Lal; Urbaneck, T.; Oppelt, T.; Platzer, B.; Göschel T.; Uhlig, U.; Frey, H.: Storage Management and System Concept for a Solar District Heating System. 5th International Solar District Heating Conference, Graz (Österreich), 2018

Shrestha, N. Lal; Frotscher, O.; Urbaneck, T.; Oppelt, T.; Göschel, T.; Uhlig, U.; Frey, H.: Einsatz von Wasser als Wärmeträger in zwei großen Feldern mit Flachkollektoren – Thermisches Verhalten und Betriebserfahrungen. Symposium Solarthermie – Technik für die Energiewende, Staffelstein, Conexio, Pforzheim (Hrsg.), 2018, S. 203-224 (Tagungsband als PDF).

Shrestha, N. Lal; Urbaneck, T.; Oppelt, T.; Göschel T.; Uhlig, U.; Frey, H.: Special Storage Management and System Concept - Large-scale Solar District Heating System Operates as Expected. EuroHeat&Power, English Edition VWEW Energieverlag Vol. 15 (2018) Heft 3 S. 19-27. – ISSN 1613-0200

Shrestha, N. Lal; Frotscher, O.; Urbaneck, T.; Oppelt, T.; Göschel, T.; Uhlig, U.; Frey, H.: Thermal and hydraulic investigation of large-scale solar collector field. In: International Solar Energy Society (Hrsg.): 16th International Symposium on District Heating and Cooling (DHC2018). Hamburg, 2018, S. 605-614. – ISBN 1876-6102 DOI: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2018.08.225

Urbaneck, T.; Oppelt, T.; Sehwöster, I.; Bank, E. F.: Große Druckbehälter als thermische Energiespeicher, Teil 1: Vor- und Nachteile sowie Einsatzgrenzen. EuroHeat&Power, VWEW Energieverlag 47. Jg. (2018) Heft 11-12 S. 18-23. – ISSN 0949-166X

Shrestha, N. Lal; Frotscher, O.; Urbaneck, T.; Oppelt, T.; Göschel, T.; Uhlig, U.; Frey, H.: Untersuchung von Kollektoren mit Mäanderverrohrung in zwei großen Feldern - Analyse des Betriebsverhaltens und der Leistung. EuroHeat&Power, VWEW Energieverlag 48. Jg. (2019) Heft 05 S. 24-30. – ISSN 0949-166X

Shrestha, N. Lal; Frotscher, O.; Urbaneck, T.; Oppelt, T.; Göschel, T.; Uhlig, U.; Frey, H.: Untersuchung von Kollektoren mit Mäanderverrohrung in zwei großen Feldern - Teil 2 - Hydraulisches und thermisches Verhalten. EuroHeat&Power, VWEW Energieverlag 48. Jg. (2019) Heft 06 S. 20-27. – ISSN 0949-166X

Urbaneck, T.; Shrestha, N. Lal; Oppelt, T.; Frotscher, O.; Göschel, T.; Uhlig, U.; Frey, H.: Solare Fernwärme für das Quartier Brühl in Chemnitz – Begleitforschung (SolFW). Technische Universität Chemnitz, Fakultät für Maschinenbau, Professur Technische Thermodynamik (Hrsg.), inetz GmbH (Hrsg.), Forschungsbericht 138 Seiten, 198 Abbildungen, 36 Tabellen, FKZ 0325871, 2020. - ISBN: 987-3-9812586-5-3, Open Access: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-390452

Frotscher, O.; Shrestha, N. Lal; Urbaneck, T.; Oppelt, T.; Göschel, T.; Uhlig, U.; Frey, H.: Investigation of Collector Fields with Matched Flow Operation. EuroHeat&Power, English Edition, VDE Verlag (2020) Heft 4 S. 28-39. - ISSN 1613-0200-22698

Urbaneck, T.; Shrestha, N. Lal; Oppelt, T.; Frotscher, O.; Göschel, T.; Uhlig, U.; Frey, H.: Solare Fernwärme für das Quartier Brühl in Chemnitz – Begleitforschung (SolFW). Frankfurt am Main: AGFW | Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V. (Hrsg.), Heft 59, Forschungsbericht 138 Seiten, 198 Abbildungen, 36 Tabellen, FKZ 0325871, 2021. - ISBN: 3-89999-087-0

Weiterführende Arbeiten

Stahlhut, M.; Ackermann, C.; Urbaneck, T.: Exemplarische Untersuchung verschiedener Kollektoren zur Einbindung in Fernwärmenetze. EuroHeat&Power, VDE Verlag 51. Jg. (2022), Heft 01-02, S. 40-47. – ISSN 0949-166X

Stahlhut, M.; Ackermann, C.; Urbaneck, T.: Exemplarische Untersuchung verschiedener Kollektoren zur Einbindung in Fernwärmenetze – Teil 2. EuroHeat&Power, VDE Verlag 51. Jg. (2022), Heft 03, S. 44-53. – ISSN 0949-166X
Disclaimer / Dezember 2022 / Impressum