Ein Museum heizt ein

Energiefabrik Knappenrode

Deutsches Ingenieurblatt 09/2022
Bildung, Forschung und Kultur
Energie, Klima und Dämmung
Seit Jahrzehnten ist die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) eine effiziente Form der Strom- und Wärmeerzeugung. Sie gilt als eine der Schlüsseltechnologien für eine erfolgreiche Energiewende. Die Maximierung der Energieeffizienz in Wärmenetzen, die Einsparung von Energiekosten oder messbar reduzierte CO2-Emissionen sind einige der bekannten Vorteile. Darum kam sie auch bei der Modernisierung der Energiefabrik Knappenrode, einem Museum des Zweckverbands Sächsisches Industriemuseum in der Lausitz, zum Einsatz.

Die Lausitz, die mit Ende des Braunkohleabbaus einen massiven Strukturwandel erlebt, sieht ihre wirtschaftliche Zukunft unter anderem im Tourismusausbau und der Aufwertung kulturell ansprechender Urlaubs- und Ausflugsziele. Dazu zählt auch die von Frühjahr 2017 bis Sommer 2020 durchgeführte umfassende Modernisierung der Energiefabrik Knappenrode zu einem zeitgemäßen und kulturbewahrenden Standort.

Bereits 1993 endete die letzte Schicht in der backsteinroten Brikettfabrik. Zehn Jahre später wurde das imposante Industriegebäude zu einem von vier Museen des Zweckverbands Sächsisches Industriemuseum und ist heute eine der bedeutendsten Einrichtungen sächsisch-brandenburgischer Industriekultur. Seit 2005 gehört die Energiefabrik Knappenrode zur Europäischen Route der Industriekultur.

Bei der großangelegten Umgestaltung des Museums galt es insbesondere, den beeindruckenden Denkmalkomplex und seine Infrastruktur zu erhalten und gleichzeitig aufzuwerten. Das ist gelungen: Heute verfügt das Museum über zahlreiche neue Ausstellungsbereiche, einen zentralen Informationspunkt, moderne Verwaltungs- und Magazinbereiche und die 26 Meter hohe Aussichtsplattform „Lausitz Blick".

Um den industriellen Charakter der Energiefabrik zu bewahren, verzichtet die neue Technische Gebäudeausrüstung (TGA) gänzlich auf Verkleidungen und Unterputzinstallationen. „Es wurde nicht versucht, das Spröde und Ungeschönte zu verdecken, zu verkleiden oder gestalterisch anzupassen. „Was Fabrik war, bleibt auch Fabrik!“, erklärt Kirstin Zinke, die das Museum bis April dieses Jahres leitete und den komplexen Umbau organisierte.

Einen zentralen Projektschwerpunkt bildete die Erneuerung der energetischen Versorgungsanlagen. Die Modernisierung von Heizungsanlage und Elektroinstallationen sollte zukünftig für die wirtschaftlich solide und energieeffiziente Versorgung des Museums sorgen. Entsprechend präferierten die Planungsbeauftragten der energetischen Sanierung eine Energiezentrale mit stromoptimierter BHKW-KWK-Lösung. Die hochentwickelten Systemkomponenten stammen von der Yados GmbH aus Hoyerswerda.

Effizienz im Verbund für maximale Energieausschöpfung
Zu aktiven Zeiten der Brikettfabrik erzeugten die laufenden Produktionsprozesse ausreichend Wärme im Gebäude; eine weitere Beheizung war nicht notwendig. Im späteren Museumsbetrieb erfolgte die thermische Versorgung von Verwaltungs-, Funktions- und Ausstellungsbereichen zunächst über die historische Infrastruktur. Im Jahr 2019 wurde der Gebäudekomplex an das Gasnetz der Versorgungsbetriebe Hoyerswerda angeschlossen. Anfang 2000 wurden schließlich Nachtspeicheröfen installiert, die jedoch schnell an ihre Leistungsgrenze stießen. Steigende (Nacht-)Strom-Preise belasteten den Museumshaushalt zusätzlich.

Heute wird die Energiefabrik Knappenrode über einen Effizienzverbund – bestehend aus einem Gas-Brennwertkessel mit 324 Kilowatt (kW) Leistung, zwei stromoptimierten Blockheizkraftwerken (BHKW), zwei objektspezifisch gefertigten Heizungsverteilern mit 404 bzw. 101 kW sowie drei 3000 Liter Wärmespeichern – versorgt. Die exakt aufeinander abgestimmten Hocheffizienz-Komponenten erzeugen, speichern, verteilen und übergeben flexibel Strom und Wärme.

Die BHKW-Kaskade nutzt ca. 90 Prozent (Wirkungsgrad) der eingesetzten Erdgas-Energie. Da spart erhebliche Mengen an Primärenergie und CO2-Emissionen ein. Die bei Betrieb des BHKW-Motors anfallende (Ab-)Wärmeenergie wird über Wärmeauskopplungsmodule als Heizwasser mit Vorlauftemperaturen von 85°C ausgekoppelt. Der von den beiden BHKW produzierte Strom wird vollständig im Museum genutzt und trägt spürbar zum energie- und kosteneffizienten Museumsbetrieb bei.

Der Brennwertkessel übernimmt die Abdeckung zu Spitzenlastzeiten. Sein hoher Modulationsbereich ermöglicht die exakte Anpassung der Brennerleistung an den jeweiligen Wärmebedarf. Das verhindert Taktungen und sichert einen optimalen Wirkungsgrad.

Die beiden Heizungsverteiler bedienen zusammen acht Heizkreise. Darunter große Räume wie die Museumswerkstatt und diverse Dauerausstellungen. Beheizt werden die Räume über Deckenstrahler, Fußboden- und Wandheizung sowie Heizkörper.

Das System kann individuell nach objektspezifischen Anforderungen und Gegebenheiten konfiguriert werden. Die Anschlussrichtung und die Anzahl der Heizkreise sowie die Anbringung auf Stand- oder Wandrahmen sind frei wählbar. Sämtliche Heizkreise werden mit Pumpengruppen fertig vorkonfektioniert geliefert. Damit bleibt das Fehlerrisiko bei Montage und Installation äußerst gering. Die für Knappenrode exakt nach Planungsvorgaben gefertigten Heizungsverteiler wurden mit vormontierten Bauteilgruppen (Drei-Wege-Ventil mit Stellantrieb, Hocheffizienz-Pumpen, Wärmezähler etc.) für drei bzw. fünf Heizkreise nach Fertigstellung der Energiezentrale just-in-time geliefert und installiert.

Intelligente Anlagensteuerung: Priorität Energieeffizienz
Ihr optimales Leistungsniveau erreichen KWK-Anlagen im intelligenten Zusammenspiel aller Komponenten. Dafür sorgen nicht zuletzt hochentwickelte informationstechnologische Systeme, die es ermöglichen, die komplexen gebäudetechnischen (Verbund-)Anlagen automatisiert zu steuern, zu regeln und zu überwachen. Eine konstante Betriebsdatenüberwachung und -erfassung ist grundlegend für eine systematische Energieverbrauchsanalyse und die kontinuierliche Planung und Durchführung von Optimierungsmaßnahmen, die insbesondere für ein normen- und richtliniengebundenes Energiemanagement nach ISO 50001 gefordert sind. Die wirtschaftlichen Vorteile sprechen für sich: Kontinuierliche Kontrolle und Optimierung des Energieverbrauchs können zu Einsparungen von durchschnittlich acht bis zehn Prozent führen, in energieintensiven Betrieben sind bis zu 30 % möglich.

Im Energiemuseum vernetzt ein Automationssystem der Kieback&Peter GmbH & Co. KG die Controller, Sensoren und Aktoren der Wärmeerzeugungsanlage. Brennwertkessel, Blockheizkraftwerke, Wärmespeicher und Heizungsverteiler sowie die Raumtemperatur der Ausstellungsräume (Deckenstrahlplatten) werden über das Direct-Digital-Control-System gesteuert und geregelt.

Eine Computer-Aided-Facility(CAF)-Managementsoftware verbindet das Energiemanagement und die Gebäudeleittechnik. Die intuitiv zu bedienende Benutzeroberfläche erlaubt es, relevante Betriebszustände und Energieflüsse über eine anlagenspezifische Darstellung transparent und unkompliziert abzubilden. Die Software deckt vorhandene Effizienz-Potenziale zuverlässig auf und unterstützt den Anlagenbetreiber entsprechende Energiesparmaßnahmen umzusetzen und zu kontrollieren.

In Zukunft auf der sicheren Seite mit KWK
Die energetische Sanierung der Energiefabrik Knappenrode unterstreicht den hohen Stellenwert hochentwickelter KWK-Technologie bei nachhaltigem Brennstoffeinsatz. Die gekoppelt erzeugte thermische Energie – Verbrennungswärme und Abgaswärme – kann ohne nennenswerte Wärmeverluste zur Heizwasser- und Trinkwassererwärmung eingesetzt werden. In industriellen Verfahren ist zudem die Nutzung als Prozesswärme möglich. Wird die produzierte elektrische Energie wie im Museum eigenverbraucht, profitieren Betreiber von niedrigeren Strombezugskosten und KWK-Zuschlagszahlungen.
Gegenüber der getrennten Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie sparene erdgasbetriebene BHKW ca. 38 % CO2 ein. Damit leisten sie einen wertvollen Beitrag zur Emissionsminderung und die Kosten der CO2-Bepreisung sind weitaus geringer als bei der Nutzung von Kohle oder Erdöl.

Auch vor dem Hintergrund erneuerbar oder synthetisch erzeugter Gase (Power-To-Gas, Power-To-Liquid) bietet die flexible Technologie eine ökonomisch und ökologisch äußerst attraktive Option: Die hochentwickelten Anlagen können bereits heute mit Biogas und zukünftig auch mit synthetischen Biokraftstoffen CO2-neutral betrieben werden.