CGiN (Nordcampus)

Das CGiN - CampusGastronomie im Norden - als sanierte und erweiterte Nordmensa befindet sich auf dem Nordcampus und derzeit noch im Bau. Die Eröffnung ist für das Wintersemester 2024/25 geplant.

Gegenüberstellung Energiebedarf Altbestand Nordmensa / CGiN

Der Mensabetrieb in künftiger Effizienzausrichtung, einschließlich des vergrößerten Bauvolumens und weit höherer Essenzahlen, wird einen Energiebedarf erfordern von                                   

Gesamtenergiebedarf CGiN                                                                                         2.000 MWh/a
Davon nivelliert auf den Neubau
Wärme                                                                                                                            1.850 MWh/a
Strom                                                                                                                                 150 MWh/a
mit Eigenstromerzeugung / Nutzung

Der Mensabetrieb im Altbestand hat einen Energiebedarf erfordert von

Gesamtenergiebedarf Altbestand Nordmensa                                                            1.800 MWh/a
davon lt. Energieauditbericht 2015
Wärme                                                                                                                                 950 MWh/a
Strom                                                                                                                                   860 MWh/a
wovon der Großteil elektrischer Energieaufwand für das Kochen angefallen ist. 
         

Energieerzeugung

Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK): Die Energieversorgung des CGiN wird durch den Einsatz von Blockheiz-Modulen (BHKWs) in Form der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) realisiert. Diese Anlage produziert gleichzeitig Strom, Wärme (Heizwärme, Warmwasser, Dampf für Küche und Spülküche) und Kälte, was sie wesentlich effizienter macht und somit einen wichtigen Beitrag zur Energiewende leistet. Im Vergleich zu herkömmlichen Gaskraftwerken, die einen Wirkungsgrad von etwa 50 % haben, nutzt die KWKK-Technologie die entstehende Wärme effizienter, mit Wirkungsgraden von über 90 %. Dadurch wird nicht nur die Effizienz gesteigert, sondern auch die Umwelt- und Klimarelevanz verbessert. Die erzeugte Wärme wird auch außerhalb der Mensa genutzt, um Wohnanlagen (Lutterterrassen, Kellnerweg, Gästehaus) mit Warmwasser und Heizwärme zu versorgen, was eine ganzheitliche und nachhaltige Energienutzung gewährleistet. Hinsichtlich effizienter Energieausnutzung wird die Einbindung der BHKWs als Kraft-Wärme-Kopplung nochmals maßgeblich erhöht durch die Nutzung der Abwärme aus der Stromproduktion der BHKWs zur Kühlung über Absorptionskälte (s. u.).

Eine bessere Umsetzung der eingesetzten Energie ist derzeit mit keinem System erreichbar. Die für den Mensabetrieb benötigte Koch-Prozesswärme wird über solche BHKW-Kraft-Wärme-Kopplung mit höchster Brennstoffausnutzung erzeugt, die auch noch die niedertemperierte Abgaswärme nutzt.

Absorption-Kältetechnologie: Die Kühlung der Räumlichkeiten (Speisesäle, Küche, Spülküche) erfolgt durch Absorption-Kältetechnologie mittels Abwärme (s. u.). Dies minimiert den Einsatz elektrischer Energie im Vergleich zu herkömmlichen Kältemaschinen.

Einsatz von CO₂ als natürlichem Kältemittel: Die Prozesskälteerzeugung für die Lebensmittelkühlung mit Tiefkühlung etc. erfolgt nachhaltig und klimaneutral durch den Einsatz von CO₂ als natürlichem Kältemittel mit einem Global Warming Potential (GWP) von Null. Die (zwangsläufig entstehende) Abwärme aus den Kälteerzeugungsprozessen für Tiefkühlung und Normalkühlung wird einer nahezu vollständigen Nutzung zugeführt; in mehreren Stufen, mit Hochtemperaturauskopplung und einer Nutzung des niedertemperierten (üblich nicht genutzten) Anteils.

Abwärmenutzung: Lüftungsanlagen – Die entstehende Abwärme u. a. aus der Kochabwärme der Küche oder auch der durch die Personen im Mensabereich eingebrachte Wärme wird in verschiedenen Stufen effektiv genutzt, wobei eine besonders hohe Wärmerückgewinnungsquote von bis zu über 80 % in den Lüftungsanlagen erreicht wird.

Kälteerzeugung – siehe Absorptionkältetechnologie

Abwärme der Prozesserwärmung – Aus Abwärme der Prozesswärmeerzeugung der BHKWs, der Dampferzeugung etc. wird ein Kalt-Wärme-Netz zur Heizwärmeversorgung umliegender Wohnanlagen (Lutterterrassen, Kellnerweg, Gästehaus) über lokale Wärmepumpen gespeist. Durch diese Maßnahmen wird nicht nur Energie effizient wiederverwendet, sondern auch eine nachhaltige Beheizung der genannten Wohnanlagen ermöglicht, was zu einer ganzheitlichen und ressourcenschonenden Energieausnutzung beiträgt.
 

Energetische Qualifizierung

Als Zielausrichtung war vorgegeben, das neue Gebäude zukunftsfähig in seinen energetischen Belangen, sowohl hinsichtlich Nachhaltigkeit, Klimaverträglichkeit und Ressourcenverwendung herzurichten.

„Besser als KfW 40“: Das CGiN wird als Gebäude hoher Energieeffizienz eingerichtet mit der energetischen Qualifizierung „besser als KfW 40“ (auch als EH 40 bezeichnet). Die Kennzeichnung KfW 40 bedeutete, dass der energetische Fußabdruck der neuen Nordmensa nur 40 % von dem eines vergleichbaren Standardgebäudes gleicher Konstellation beträgt. Diese energetische Effizienzausprägung bezieht sich sowohl auf den Wärmeschutz der Gebäudehülle, als auch auf die energietechnischen Einrichtungen wie sie für den Betrieb der Mensa erforderlich sind.

Förderung des Bundes wegen besonders ausgeprägter Energieeffizienz: Konzept und Ausführung führten zu einer Förderzusage des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund der in besonderer Weise ausgeprägten Energieeffizienz. Die Förderzusage trägt maßgeblich zu einem nachfolgend wirtschaftlichen Betrieb der Mensa bei (Kriterien für eine Förderzusage sind neben niedrigem Energieeinsatz (< KfW 40) ebenso auch die Vermeidung von CO₂ und weiteren Treibhausgas-Emissionen).

Übererfüllung der gesetzlichen Vorgaben des GEG: Das Gebäude als Ganzes, Wärmeschutz der Gebäudehülle, Effizienz der Systemtechnik der Technischen Ausrüstung, unterschreitet den KfW-40-Standard deutlich, übererfüllt damit die Vorgaben nach den gesetzlichen Anforderungen des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) bei weitem bzw. die strengeren Rahmenbedingungen des BEG (Bundesförderung für effizienter Gebäude). Das alles trotz Teilintegration vorhandener Bausubstanz.

Hocheffizient in allen Bereichen: Die Technische Ausrüstung, Heizen, Kühlen, Lüften, Wärmerückgewinnung, ist in allen Teilbereichen an Hocheffizienz ausgerichtet. Die gilt auch für „kleinste“ Subsysteme. Das komplexe Zusammenwirken der Systeme untereinander ist eingebunden und abgestimmt, wie es z. B. für eine Abwärmenutzung im Gesamten erforderlich ist.

Fazit

Die energetische Ein- und Ausrichtung des Betriebs des CGiN ist keinesfalls rückwärtsgewandt, im Gegenteil ist das Gesamtsystem „Gebäude und Technik“ hocheffizient, energiesparsam und zukunftsausgeprägt ausgerichtet – trotz des Einsatzes fossiler Energieträger, die, wenn dann die Rahmenbedingungen gegeben sind, ersetzt werden können durch Wasserstofftechnologie. Auch steht einem Betrieb des Systems mit Biomethan nichts im Wege (hierauf wird jedoch derzeit ausdrücklich nicht abgezielt, da die Erzeugung von Biomethan auch einer kritischen Betrachtung zu unterziehen ist).

Ebenso verhält es sich mit dem vermehrten Einsatz von Elektroenergie (z. B. für Kochen, Kälteerzeugung etc.). Regenerativ gewonnene Elektroenergie wird in den kommenden Jahren nicht ausschließlich zur Verfügung stehen. Jeglicher Stromverbrauch ist heute und bis auf weiteres absehbar mit klimabelastenden Emissionen verbunden – auch der Einsatz von Wärmepumpen. Die Erzeugung per BHKW ebenso, aber in der Bilanzierung weniger belastend aufgrund der Mehrfach-Best-Ausnutzung des eingesetzten Brennstoffes Erdgas, Biogas oder in Zukunftsperspektive auch Wasserstoff.

Substituierende Stromerzeugung, dezentral erzeugt, entlastet zudem die örtliche und übergeordnete Netzstruktur. Für die lokale Sicht kommt dem mit zunehmender Elektrifizierung außerordentlich Bedeutung zu. Eine Entlastung der Stromtrassen für den verstärkten Transport vom windreichen Norden nach Süden, sind ebenso Nebeneffekte, die sich zwar erst in Summe dezentraler Systeme bemerkbar machen, womit hier jedoch ein kleiner Ankerpunkt gesetzt ist.

Die dezentrale gleichzeitige Erzeugung von Strom zur Eigennutzung in der Mensa und den Wohnheimen
sowie Wärme für Kochen, Heizen und Kühlen, heizen über die Mensa hinaus auch der Wohnheime,
anteilig noch mit Abwärme, stellt eine Bestlösung dar – sowohl energetisch als auch hinsichtlich Umwelt-/Klimarelevanz.

Warum kommen keine Wärmepumpen zum Einsatz?

Der Forderung nach Abwendung des Einsatzes fossiler Energieträger für das CGiN durch den Einsatz von Wärmpumpen sind systemtechnisch fehlende Rahmenbedingungen entgegenzusetzen. Zwar ist der Einsatz in der Theorie möglich, praktisch ist derzeit aber ein Einsatz von Wärmepumpen, die für den Hochtemperaturverwendungszweck geeignet sind, im praktisch verlässlichen Anwendungsbereich, wie er für die tägliche Zubereitung von mehreren tausend Essen pro Tag, der Versorgung ebenso vieler Studierenden, gesichert einzurichten ist, an einigen Stellen in Deutschland projektiert, aber noch im Entwicklungsstadium.

Dies trifft nochmals verschärft zu, wenn ein erhöhtes Temperaturniveau erforderlich wird, wie für eine Dampferzeugung oder Absorptionskälteerzeugung.

Sowohl die Essenzubereitung als auch die Geschirrspülung (rd. 38.000 Geschirrteile täglich) mit Warmwasserbereitstellung erfordert ein hohes Temperaturniveau, um die zeitlich eng getakteten Anforderungen der Essenszubereitung (und Reinigung) im Mensabetrieb erledigen zu können. Als Hochtemperatur-Wärmepumpen werden üblich bereits solche bezeichnet, die Heizwassertemperaturen über 65°C bis etwa 80°C, bereitstellen können. Dieses Temperaturniveau ist nicht ausreichend für die Anforderungen eines Mensabetriebs.

Ergänzende Anmerkungen zum Einsatz von Hochtemperaturwärmepumpen

• Kältemittel-Wärmepumpen

Heute üblicherweise verwendete Kältemittel sind hinsichtlich ihrer Umweltverträglichkeit i. d. R. nicht unproblematisch. Sie sind teils als klimaschädlich, brennbar oder giftig zu bezeichnen, sind versetzt mit mehr oder weniger problematischen Stoffen, beinhalten bspw. PFAS-Anteile (per- und polyfluorierte Alkylverbindungen) – langlebig, unzerstörbar, giftig. Oder sie sind „als gefährlich“ einzustufen und es bedarf besonderer Vorkehrungen, so wie für das eigentlich gut verwendbare, bewährte Kältemitte Ammoniak, NH₃.

• Effizienzeinschränkende Aspekte

Eine Dampferzeugung zur Essenzubereitung ist nicht zwingend, das kann elektrisch erledigt werden. Die Dampfbereitstellung ermöglicht die Abdeckung hoher Leistungsabforderungen, wie in der Essenzubereitung und Nachbehandlung gefordert, ohne diese Leistung durch sehr hohen Spitzenlastbezug aus dem elektrischen Versorgungssystem zu beanspruchen. Jede Spitzenlastabforderung provoziert (in ihrer Summation) eine sofortige Leistungsbereitstellung im elektrischen Versorgungsnetz. Diese muss in der Regel über Spitzenlastkraftwerke abgedeckt werden (auch bei hoher regenerativer Versorgungslage). Eine Kühlung per Absorptionskälteerzeugung ist jedoch nur mit hohen Temperaturen >= 90°C wirtschaftlich zu realisieren – wie über die BHKW-Wärme eingerichtet, welche parallel Dampf und Heizwärmeenergie erzeugt.

• Wärmesenken/-quellen

Der Einsatz von Wärmepumpen setzt verlässliche Wärmesenken oder Wärmequellen voraus.

- Luft als Wärmesenke

Solche Wärmesenken oder Wärmequellen sind „nicht einfach so“ da; bis auf die Umgebungsluft. Umweltwärme aus Luft steht in ausreichender Menge zur Verfügung. Sie ist jedoch nur leider dann weniger geeignet, wenn die Außentemperaturen auf kälteres Niveau absinken, üblich dann, wenn Wärme in höherem Maße benötigt wird. Der Wärmepumpenprozess erfolgt nach den physikalisch-thermodynamischen Gesetzmäßigkeiten und verliert seine großen Vorteile erreichbarer sehr hoher Effizienz unter „unpassenden“ Rahmenbedingungen. Luft als Wärmeträger ist aufgrund seiner physikalischen Eigenschaft nur eingeschränkt, verbunden mit hohem apparativem Aufwand und kostenintensiver Wärmegewinnung zu nutzen – vertretbar für mit Niedertemperatur zu betreibende Heizanlagen von Wohngebäuden. Luft als Wärmequelle ist für den Mensabetrieb als „ungeeignet“ einzuordnen.

- Geothermie

Geothermie, oberflächennah, bis etwa 200 m, auch 400 m unter besonderen Auflagen, oder als Tiefengeothermie, bis mehrere tausend Meter abgeteuft, bietet gute Voraussetzungen für den Einsatz von Wärmepumpen. Tiefengeothermie erfordert langfristige Sondierungs-, Prüf- und Genehmigungsverfahren; eine Nutzung dieser bestens geeigneten, ggfs. auch mit direktem Wärmeentzug zu nutzenden Wärmequelle schließt sich aus diesem Grunde aus. Tiefenbohrungen bis ca. 180 m erfordern die Prospektierung eines sog. Erdwärmefeldes, was ebenfalls im Vorfeld längerer geologischer und thermischer Untersuchung zur Versicherung einer dauerhaften Wärmeentzugsleistung bedarf – abgesehen von den Klärungen zu den Grundstücksbesitzverhältnissen und deren Nutzungsrechten etc. Dies ist im Bereich des Mensaumfeldes ebenfalls nicht umzusetzen (gewesen) bzw. auch heute erscheint die Umsetzung mit Erschließung eines Erdwärmefeldes mit mehrere hundert Tiefenbohrungen als nicht realisierbar.

- Abwärme

Abwärme ist prinzipiell in bester Weise geeignet als Wärmequelle oder -senke. Abwärme muss allerdings zur Verfügung stehen oder aus Fremdbereichen herangeführt werden. Örtlich von Seiten der Liegenschaften des Studentenwerkes steht Abwärme nicht zur Verfügung. Abwärme, die innerhalb des Mensabetriebs anfällt, wird umfangreich genutzt, muss vorher aber als Aufwand eingebracht werden.

Stand: 30.01.2024

Informationen bereitgestellt durch Dipl. Ing. Günther Geese; GEESE Beratende Ingenieure, und Studierendenwerk Göttingen,
Abteilung Gebäudemanagement.