Quelle: örtl. Stromlieferanten
Strommix des Forschungszentrums Jülich in 2015
* enthält Strom zur Kälteerzeugung und -verteilung, Wärme- Trinkwasser- und Kühlwasserverteilung
FZJ
Deutschland Fossile und sonstige Energieträger
73
werk mit einer maximalen thermischen Leistung von 30 Megawatt (MW). Die Verteilung zu den Gebäuden auf dem Campus erfolgt über ein eigenes, erdverlegtes, energetisch saniertes Nahwärmenetz. Bei Aus-fall der Fernwärmeversorgung aus Weisweiler werden zur Lastspitzenabdeckung und Havarieversorgung im eigenen Heizkraftwerk zwei heizölbefeuerte Heizkessel mit einer Gesamtleistung von 25,5 Megawatt thermisch (MWth ) in Betrieb genommen. Sein Erdgas bezieht das Forschungszentrum Jülich in geringen Mengen von den Stadtwerken Jülich. Insgesamt belief sich der Verbrauch von Fernwärme im Jahr 2014 auf rund 76 GWh und stieg ein Jahr später auf 78,8 GWh. Der Verbrauch an Heizöl stieg 2015 im Ver-gleich zu 2014 ebenfalls: von 33 auf 172 MWh. Der Wert war damit aber im VerVer-gleich zu 2013 (1.368 MWh) immer noch wesentlich geringer. Der Erdgasverbrauch lag in beiden Jahren des Berichtszeitraums bei rund 0,6 GWh.
Projektbeispiele für energieeffiziente Maßnahmen in den Jahren 2013 bis 2015
Energieeffizienz ist ein zentraler Punkt für die nachhaltige Campus-Entwicklung. Mit Blick auf das Energie-konzept der Bundesregierung und den Zustand der Infrastruktur und Gebäude sowie der genutzten Groß-geräte sind neue Wege zu gehen. Deswegen gilt es, beispielsweise Ergebnisse aus der eigenen For-schung, etwa im Energiebereich, auf dem eigenen Campus umzusetzen und in der Praxis zu erproben.
Im Forschungszentrum wird Kälte in Form von Kaltwasser mit einer Temperatur von etwa 6 Grad Celsius (°C) insbesondere für die Klimatisierung der Raumluft und als Prozesskälte zum Beispiel beim Jülicher Supercomputing benötigt. Das Kaltwasser wird heute in drei zentralen Anlagen (ZKV 1, 2 und 3) auf dem Campus mittels Kompressionskältemaschinen erzeugt und in ein Rohrleitungsnetz eingespeist. Zur Deckung des stetig steigenden Bedarfs an Kaltwasser wurde die Erzeugungskapazität für Kaltwasser im Jahr 2013 durch die Inbetriebnahme der Zentralen Kälteversorgungsanlage (ZKV 3) ausgebaut. In der ZKV 3 befinden sich zwei Kompressionskältemaschinen mit einer Leistung von jeweils 3 MWth. Die beiden neuen Kompressionskältemaschinen verfügen insbesondere im Teillastbereich über deutlich höhere Energie-effizienz als die übrigen auf dem Campus. Durch den Betrieb der ZKV 3 wird die EnergieEnergie-effizienz bei der Erzeugung von Kaltwasser deutlich verbessert. Dies führt dazu, dass jährlich rund 933.000 kWh an elek-trischem Strom eingespart werden können. Hierdurch wird ein CO2-Ausstoß von etwa 521 Tonnen pro Jahr vermieden.
Durch Simulationsrechnungen wurde im Jahr 2015 untersucht, ob durch eine Absenkung der Heizkurve hin zu niedrigeren Vorlauftemperaturen eine Energieeinsparung möglich ist. Zu beachten war hierbei, dass durch die Absenkung der Vorlauftemperatur gleichzeitig der Massenstrom im Nahwärmenetz ansteigt. Der höhere Massenstrom hat den Nachteil, dass ein höherer Stromeinsatz für Pumparbeit erforderlich ist. Das Ergebnis der Untersuchung fiel jedoch positiv aus und lieferte ein Optimum zwischen Vorlauftemperatur und Massenstrom. Die Absenkung der Heizkurve zu niedrigeren Vorlauftemperaturen im Nahwärmenetz spart jährlich rund 195 MWh an Wärme ein, wobei der Stromeinsatz um etwa 31 MWh pro Jahr für erhöhte Pumparbeit ansteigt. Die Bilanz des Projekts weist eine CO2-Einsparung von knapp 400 Tonnen pro Jahr aus.
Im Rahmen des vom Forschungszentrum koordinierten europäischen Projekts DEEP wurde in Jülich außerdem ein sehr effizientes Kühlungssystem für Supercomputer installiert, bei dem bis zu 45 °C heißes Wasser zur Kühlung verwendet wird. Dadurch wird der Energieverbrauch des Supercomputers insgesamt stark reduziert. Die positiven Erfahrungen bei DEEP haben dazu geführt, dass demnächst ein vergleich-bares Warmwasser-Kühlungssystem für einen neuen Produktionsrechner verwendet wird.
In den Jahren 2011 bis 2015 verringerten sich durch energieeffiziente Maßnahmen der spezifische Strom-verbrauch um 13 Prozent, der spezifische KälteStrom-verbrauch sogar um fast 30 Prozent. Der spezifische Wärmeverbrauch der Nutzer beziehungsweise Endverbraucher (Durchschnittswert der Jahre 2014 bis 2015) sank um 9 Prozent gegenüber dem Durchschnittswert der Jahre 2011 bis 2013.
74
Implementierung eines Energiecontrollings
Ein erster Schritt in Richtung Energiecontrolling und später in ein geplantes Energiemanagement bilden dezentrale, fernauslesbare Medienzähler, die zur automatischen Erfassung der Medien- und Energiever-bräuche sowie der Erfassung von Lastprofilen dienen. Statt einer zentralen Erfassung des Stromver-brauchs an einer Lieferstelle am Campus-Rand sind bis 2014 durch den Fachbereich für Elektro- und Nachrichtentechnik rund 950 solcher fernauslesbarer Medienzähler auf dem Campus verbaut und in Be-trieb genommen worden.
Die ausgelesenen Daten werden in einer eigen-ständigen Energiemanagementsoftware erfasst und in einer Datenbank mit Zeit- und Datums-stempel archiviert. Diese Zählerdaten bilden die Grundlage zur Erfassung von dynamischen Last-profilen und zur energetischen Bewertung von Gebäuden und Verteilnetzen. Mithilfe der numeri-schen Gebäude- und Anlagensimulation werden die Betriebszustände in den Verteilnetzen opti-miert und vorhandene Energieverluste gesenkt.
Weiterhin dienen die Zählerdaten der Ermittlung von möglichen Einsparpotenzialen und der inter-nen Verbrauchs- und Kostenverrechnung auf die Gebäude- und Anlagennutzer. Nach vollständiger Integration der Medienzähler in die Energie-managementsoftware sollen die Gebäudeverbräu-che den Gebäudenutzern zur Sensibilisierung und Optimierung des Verbrauchsverhaltens ab Mitte 2014 zur Verfügung stehen. Zusammen mit dem zukünftig bedarfs gerechten Angebot der Energie in einem aufzubauenden Energiemanagement können so die Ressourcen effizienter eingesetzt werden.
Um etwa den Wärmebedarf der Gebäude auf dem Campus zu ermitteln, analysieren Jülicher Experten in Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen komplette Labor- und Bürogebäude sowie gemischt genutzte Häuser, da diese in ihrem Energiebedarf sehr stark variieren. Hierzu liefert das Forschungszentrum seine Daten aus den Medienzählern an den Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik des E.ON Research Centers an der RWTH Aachen. Mit einer dort entwickelten Software werden die Daten zur Netzsimula tion der Energie- und Medienflüsse verwendet, um die Energieversorgung zeitaufgelöst und detailliert abzu-bilden sowie ein betriebliches Steuerungsmodell zu etablieren. Mithilfe der durchgeführten Simulation von verschiedenen Heizkurven für das Wärmenetz des Jülicher Campus konnte die Steuerung des Heiz-werks nach ökologischen und ökonomischen Aspekten optimiert werden. Dies soll in Zukunft einen bedarfsgerechten und effizienten Einsatz der Ressourcen zur Energie- und Medienversorgung ermöglichen.
Maßnahmen zur Gebäudesanierung
Neben modernen Instituten und Einrichtungen ist mehr als die Hälfte des Gebäudebestands älter als 40 Jahre. Ähnlich sieht es bei den gebäudetechnischen Anlagen aus. Somit bietet sich ein großes Poten-zial für mögliche energieeffiziente Maßnahmen.
Im Rahmen der Entwicklung des städtebaulichen Masterplans („Masterplan 2.0“) findet eine detaillierte Bewertung zur Sanierungsbedürftigkeit der Baukonstruktion und der Anlagentechnik aller Gebäude sowie der Infrastruktur (Heizwerk, Versorgungsnetze etc.) des Forschungszentrums Jülich statt.
Simulation dynamischer Energieversorgungsnetze im Forschungszentrum Jülich
75
Eine Untersuchung hat ergeben, dass bei einer Sanierungsrate von 5,5 Prozent pro Jahr der vorhandene Sanierungsstau bis 2030 abgebaut sein wird. Für die nachhaltige, also werterhaltende Sanierung werden Geldmittel von jährlich 30 Millionen Euro benötigt. Dies entspricht einer Sanierungsrate von 3,3 Prozent.
Die Durchführung nur notwendigster Sanierungsmaßnahmen wird mittelfristig aufgrund verschiedener Priorisierungen Kosten von rund 16 Millionen Euro pro Jahr verursachen. Eine vom Aufsichtsrat ins Leben gerufene Arbeitsgruppe unter Beteiligung der Zuwendungsgeber hat den Ansatz untersucht und die Bewertung der Sanierungsstrategie im April 2016 bestätigt.
Im Jahr 2014 wurden bei sieben Gebäuden die Dächer energetisch saniert, indem alte Polystyrol-Platten durch moderne Expandierte-Polystyrol-Hartschaum- oder Steinwolle-Dämmplatten größerer Stärke er-setzt wurden. Die geplante einzusparende Wärmemenge dieser etwa 2,4 Millionen Euro teuren Sanierungs-maßnahmen beträgt circa 371 MWh pro Jahr. In 2015 erfolgten die gleichen SanierungsSanierungs-maßnahmen bei drei weiteren Gebäudedächern mit einer jährlich eingesparten Wärmemenge von etwa 172 MWh und Sanierungskosten von 630.000 Euro. Am Institut für Plasmaphysik wurden zusätzlich zur energetischen Dachsanierung die vorhandenen Lichtkuppeln durch moderne zweifach verglaste Oberlichter aus Ver-bundkunststoff ersetzt.
Energieeffiziente Neubauten im Berichtszeitraum Institut für Neurowissenschaften und Medizin (INM)
Der mit einer Grundfläche von 1.666 Quadratmetern große und 5,8 Millionen Euro teure Neubau stellt seit dem Jahr 2014 eine kompakte Anordnung von Laborräumen mit insgesamt 950 Quadratmeter Nutz-fläche für die Jülicher Hirnforscher bereit. Die hochwertige Sonnenschutzverglasung des Gebäudes in Kombination mit einem außen beziehungsweise innen liegenden Sonnenschutz sorgt für sommerlichen Wärmeschutz. Die Wärmerückgewinnung der raumlufttechnischen Anlagen besitzt einen Wirkungsgrad von 60 Prozent. Der Primärenergiebedarf des Gebäudes liegt bei jährlich 248 kWh pro Quadratmeter.
Kompetenzzentrum für Membrantechnologie des IEK-1
Nach rund vierjähriger Bauzeit wurde das neue Membranzentrum mit einer Nutzfläche von rund 2.433 Quadratmetern der Wissenschaft übergeben. Die Baukosten beliefen sich auf etwa 8,4 Millionen Euro. Im Erdgeschoss sind zwölf hochspezialisierte Einzellabore für physikalische und chemische Forschung untergebracht, jeweils mit circa 40 Quadratmeter Grundfläche, ebenso ein 150 Quadratmeter großer Reinraum (inklusive Grauraum und Schleuse) der ISO-Klasse 5.
Konzeptionell neuartig ist die Idee des „transparenten Reinraums“, bei dem Besucher durch einen Vor-raum und Glastrennwände einen Einblick in die Arbeit in diesen speziellen Forschungsbereich bekom-men. In den drei Obergeschossen des Gebäudes sind Büro- und Besprechungsräume angeordnet.
Zertifizierungen von Gebäuden
Parallel zur Konzeption des städtebaulichen Masterplans lässt sich das Forschungszentrum für nachhal-tiges Bauen im wissenschaftlichen Bereich zertifizieren. Das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung entwickelt und erprobt derzeit ein Bewertungs- und Zertifizierungssystem speziell für Forschungs- und Laborgebäude in Deutschland. Das Ziel ist es, einheitliche Standards einzuführen, an-hand derer sich Nachhaltigkeit messen lässt und welche für Einrichtungen, die vom Bund getragen wer-den, auch finanzierbar sind. Denn nachhaltige Bauoptionen sind bei Verringerung der Kosten über den gesamten Lebenszyklus in der Errichtungsphase oft teurer als Optionen, die nachhaltige Aspekte nicht vordergründig berücksichtigen.
Bei jedem Neubauvorhaben ist mindestens die Erfüllung des Standards „Silber“ der Deutschen Gesell-schaft für Nachhaltiges Bauen zu erzielen.