Abwärmenutzung im Hotel und Pflegezentrum Artos

eXergiemaschine reduziert den Energie- und Wasserverbrauch
Das Zentrum Artos Interlaken bietet Raum für Menschen; die bewährte Kombination von Hotel, Pflegezentrum und Wohnen lädt ein zum Verweilen. Die Anlage umfasst ein Pflegezentrum für 96 Personen, ein Hotel mit 110 Betten und Seminarräumen, 70 Mietwohnungen, ein Restaurant und einen Wellness- und Physio-Bereich. Über ein Dutzend Gebäude befinden sich auf dem Gelände, wobei das Hotel und das damit verbundene, vor 25 Jahren errichtete Haus Regenbogen die grössten Objekte sind. Das viergeschossige Haus Regenbogen ist Zuhause für 48 Bewohnende und enthält auch ein Technikzentrum zur Versorgung aller Liegenschaften über ein eigenes Fernwärmenetz. Ein Teil davon wurde im Jahr 2021 saniert, um den Energie- und Wasserverbrauch zu senken.

Luftaufnahme Zentrum Artos Interlaken. Bild: Zentrum Artos Interlaken

Abwärmenutzung optimieren, Kühlwasserbedarf reduzieren
Bei der Sanierung stand die optimale Abwärmenutzung im Fokus. Die Kühl- und Tiefkühlanlagen der Grossküche liefern bis zu 26 kW Abwärme (im Durchschnitt zirka 15 kW), deren Nutzung schon beim Bau von Haus Regenbogen angedacht war. Indem die Abwärme der Warmwasserbereitung für die Küche diente, wurde aber nur ein Bruchteil des Potenzials genutzt. Der grösste Teil der Abwärme musste ungenutzt abgeführt werden. „Da wir ein dachaufgestelltes Rückkühlwerk wegen der langen Leitungswege und der Geräuschbelästigung ausgeschlossen haben, erfolgte das Kühlen der Kälteanlagen mit Wasser“, berichtet Hanspeter Gafner, Leiter Technik im Zentrum Artos. „Also haben wir vor ein paar Jahren den Bedarf gemessen und haben nicht schlecht gestaunt: Für die Kühlung brauchten wir tausend Kubikmeter Trinkwasser im Jahr“, berichtet er. Das entspricht etwa der Menge von 15 Vollbädern – pro Tag wohlgemerkt.

Temperatur-Boost macht aus Abwärme Nutzwärme
Gafner sprach mit einigen Heiztechnikexperten und erfuhr im Gespräch mit Res Leuenberger von BMS-Energietechnik (Wilderswil/Schweiz) von der eXergiemaschine. Die damals von BMS und ihrem Entwicklungspartner varmeco gerade erst auf den Markt gebrachte Maschine wurde dafür ausgelegt, Wärme von einem mittleren Temperaturniveau auf ein höheres, gut nutzbares Niveau zu bringen. „Das war genau, was wir brauchten, um die Abwärme von 35 Grad auf die richtige Temperatur zur Warmwasserbereitung zu heben“, sagt Gafner und liess die Haustechnik modernisieren bzw. sanieren.

100.000 Schweizer Franken, die sich bezahlt machen
In Summe hat das Zentrum Artos etwa 100.000 Schweizer Franken investiert. Die Planung hat Gafner gemeinsam mit den planenden und ausführenden Unternehmen vorgenommen. Beteiligt waren neben der BMS Energietechnik die ortsansässige Sanitär- und Heizungsfirma Fischer Haustechnik sowie Gebäudetechnikspezialisten aus Bern. Letztere haben die insgesamt vier Kälteanlagen des Objekts (eine für einen Schnellkühler sowie drei für Kühlung und Tiefkühlung) auf neue, klimafreundlichere Kältemittel umgerüstet. Es bot sich an, dies im Zuge des Umbaus mitzumachen, denn in der Schweiz wird die frühzeitige Umrüstung auf Kältemittel mit niedrigem Treibhauspotenzial gefördert.

Klimafreundlichere Kältemittel im Einsatz
In zwei Kälteanlagen kommt nun R449A statt R404A zum Einsatz, die beiden anderen sind nun statt mit R134a mit R513a befüllt. Die neuen Kältemittel bieten ähnliche bzw. bessere
Eigenschaften als die ehemals genutzten und erforderten keine Umrüstung der Anlagen. Zudem wurden die Einspritzventile neu eingestellt, da nun höhere Heissgastemperaturen möglich sind.
Als Bindeglied zwischen den Kälteanlagen und der Wärmetechnik wurden zwei neue Dual-Plattenwärmetauscher installiert. Als Dualsysteme bieten sie jeweils zwei Kältemittelkreise, die beide Abwärme auf einen Wasserkreis übertragen. Das früher zur Abwärmenutzung verwendete, speicherinterne Register wurde somit überflüssig. „Es hätte von den Leistungsdaten und von seiner Effizienz nicht zu unserem neuen Konzept gepasst“, erklärt Gafner. Zusätzlich dient ein Rohrbündelverflüssiger der Restwärmeabgabe.

Früher wurde nur das Warmwasser für die Grossküche mithilfe von Abwärme erhitzt. Der grösste Teil der Abwärme wurde mit grossen Mengen Trinkwasser „weggekühlt“. Dank der eXergiemaschine (eXm) profitieren nun auch andere Bereiche von der Abwärme. Das spart Energie und zudem eine Million Liter Trinkwasser pro Jahr. Bild: Zentrum Artos Interlaken

Aus Alt mach Neu: Speicher wurden umgenutzt
Die beiden vorhandenen Trinkwarmwasser-Speicher (zusammen 7000 l) wurden umgenutzt zu Heizwasser-Speichern, wobei einer die Abwärme der Kälteanlagen aufnimmt (er wurde zum Niedertemperaturspeicher, NT) und einer der Bereitstellung von Heizwasser bei mehr als 60 °C dient (Hochtemperaturspeicher, HT). Zudem wurden neue Anschlüsse für die eXergiemaschine vorgesehen, damit diese auf den idealen Temperaturniveaus einspeisen kann. So wird der Hochtemperaturspeicher (HT) von der eXergiemaschine oben geladen, an der heissesten Stelle. Sollte die so bereitgestellte Wärme nicht reichen, liefert Fernwärme zusätzliche Wärmeleistung.
Für den zum Laden des HT-Speichers nötigen „Temperatur-Boost“ entnimmt die eXergiemaschine dem HT-Speicher im unteren Bereich Wasser und erhitzt es, bevor es mit rund 65 °C oben wieder eingespeist wird. Da die eXergiemaschine wie eine Wärmepumpe funktioniert, hat sie auch eine „kalte“ Seite. Diese wird genutzt, um das etwa 40 °C warme Wasser im oberen Teil des NT-Speichers abzukühlen und ganz unten wieder in den Speicher zu führen. So entsteht eine optimale Temperaturschichtung in dem Zwei-Speicher-System: Im HT-Speicher steht oben Wärme auf hohem Niveau zur Warmwasserbereitung bereit, der untere Bereich des NT-Speichers ermöglicht einen kühlen Rücklauf zur Quelle, also den Kälteanlagen. „Diese benötigen aufgrund der guten Kühlung für dieselbe Kälteleistung weniger Strom, da sich tiefere Kondensationstemperaturen einstellen“, berichtet Simon Amacher von der Fischer Haustechnik. „Früher wurde die Abwärme über ein speicherinternes Register bereitgestellt, das weniger wirkungsvoll arbeitete als die neuen Plattenwärmetauscher und daher höhere Rücklauftemperaturen verursachte.“
Im Vergleich zur Wärmeabfuhr über Luft-Rückkühler, wie sie oft eingesetzt werden, arbeitet die Kältetechnik bei Abwärmenutzung ohnehin um einiges besser, da die kühlende Wirkung kaum saisonalen Schwankungen unterworfen ist. Beim Projekt Zentrum Artos zum Beispiel kann mit Verflüssigertemperaturen von etwa 30 Grad gearbeitet werden, also zirka 10 Kelvin weniger als bei Luftkühlern, was der Kälteleistung zugutekommt. Hier bietet die Abwärmenutzung einen weiteren Vorteil gegenüber dachaufgestellten Kühlern: Es wird viel weniger Kältemittel benötigt, weil die Abwärme direkt in der Kältezentrale im Keller ausgekoppelt werden kann.

Hygienische Warmwasserbereitung mit hydraulischen Durchlauferhitzern
Da das Trinkwarmwasser nicht mehr in Speichern bereitgestellt werden sollte, liess Artos zwei Frischwassererwärmer installieren. Diese Geräte erhitzen kühles Trinkwasser bedarfsgerecht mithilfe des HT-Heizwassers im Durchlaufprinzip. Dabei sind Heiz- und Trinkwasser strikt getrennt. Durch den Verzicht auf Trink-Warmwasserspeicher wird die Verweilzeit des Warmwassers drastisch reduziert und das Legionellenrisiko minimiert.

Abwärme nun vollständig für das Artos-Zentrum nutzbar
„Nach der erfolgreichen Inbetriebnahme der eXergiemaschine im Herbst 2021 haben wir den Betrieb erst einmal beobachtet“, sagt Gafner. „Dabei haben wir zusammen mit BMS festgestellt, dass die eXergiemaschinen-Steuerung noch effizienter regeln würde, wenn die
angeschlossenen Temperaturfühler anders am Wärmespeicher platziert werden.“ Das Umsetzen der Fühler wirkte sich vor allem positiv auf den kühlen Rücklauf zu den Kälteanlagen aus, sodass diese seitdem noch effizienter arbeiten.

Die eXergiemaschine macht die Abwärme der Kühl- und Tiefkühlkammern zu Nutzwärme, die der Warmwasserbereitung dient. Das senkt die Energiekosten um 8.000 CHF/a. Schema: BMS-Energietechnik AG