Die neue Maschine ist ein weiterer Mosaikstein in der effizienten und umweltfreundlichen Wärme- und Kälteversorgung des Campus Hönggerbergs und hilft, den Verbrauch fossiler Energien und den CO2-Ausstoss weiter zu senken.
Im Herbst 2023 haben die Abteilungen Immobilien, Facility Services und Engineering & Systeme im Untergeschoss des HEZ-Gebäudes auf dem Campus Hönggerberg eine grosse Kältemaschine/Wärmepumpe in Betrieb genommen. Der thermodynamische Kreislaufprozess funktioniert dabei prinzipiell gleich, unabhängig davon, ob Kälte und/oder Wärme produziert wird (siehe Kasten "Wärmepumpe einfach erklärt").
Die HEI 15 (siehe Bild oben) ist eine beeindruckende Anlage mit einer Wärmeleistung von bis zu 3.2 MW bzw. einer Kälteleistung von maximal 2.8 MW. Im Winter, wenn der Wärmebedarf hoch ist, liefert die Wärmepumpe Heizungswasser von 50° und 80° Celsius. Die Standardausgabe zur Kühlung beträgt 6° Celsius. Dank vier einzeln steuerbaren Verdichtern kann die Maschine an die aktuelle Nachfrage angepasst werden.
Eine zweite vergleichbare Anlage ist bereits geplant. Für mehr Flexibilität werden zudem zwei reine Kältemaschinen dereinst das Netz ergänzen. Die neuen Anlagen ersetzen sowohl alte, wenig effiziente Kältemaschinen als auch bestehende, mit fossiler Energie betriebene Heizkessel.
Wärmepumpe einfach erklärt
Wärmepumpen nutzen Umweltwärme zur Verdampfung eines Kältemittels (zum Beispiel Ammoniak). Dies funktioniert je nach Kältemittel auch bei kalten, ja sogar bei Minustemperaturen. In einem zweiten Schritt wird das gasförmige Kältemittel verdichtet. Hierfür wird Strom benötigt. Bei der Kompression erhitzt sich das Gas. Ein Wärmetauscher übernimmt die Wärmeenergie und leitet sie in den Heizkreislauf weiter. Dadurch kühlt das Kältemittel ab, es verflüssigt sich, wird anschliessend vom Druck befreit (entspannt) und erneut dem Kreislauf zugeführt. Der Prozess zur Kühlung funktioniert gleich, wobei die überschüssige Wärme auf einem höheren Temperaturniveau an die Umgebung abgeführt wird.
Wärmepumpen gelten als besonders effizient, weil sie ein Vielfaches der via Strom aufgenommenen Antriebsleistung als Wärmeleistung abgeben. Sie gelten zudem als umweltfreundlich, weil keine Verbrennung stattfindet und damit kein direktes CO2 oder Feinstaub produziert wird.
Integration ins Anergienetz
Alle Kältemaschinen/Wärmepumpen sind in das Anergienetz (1) auf dem Campus Hönggerberg integriert (siehe Grafik unten). Das Anergienetz umfasst einerseits ein dynamisches Erdspeichersystem (2), verbindet aber mit einer Ringleitung (5) auch sämtliche Energiezentralen (3) der verschiedenen Gebäudebereiche (4) und erlaubt so die intelligente Vernetzung der Wärmequellen und -senken.
Auch die neue Kältemaschine/Wärmepumpe HEI 15 nutzt diese Vorteile und wählt je nach Kühl- oder Heizbedarf den Kalt- oder den Warmleiter (5) des Netzes. Dies senkt den Stromverbrauch bzw. steigert den Wirkungsgrad. Die Temperatur in den beiden Leitern unterscheidet sich stets um rund 4° Celsius und schwankt zudem saisonal, um dem erhöhten Kältebedarf im Sommer bzw. dem erhöhten Wärmebedarf im Winter Rechnung zu tragen.
Stefan Kollischan von der Zentralen Versorgung Hönggerberg erklärt: «Als Gesamtsystem ermöglicht das Anergienetz mit den neuen Kältemaschinen/Wärmepumpen eine hocheffiziente und umweltfreundliche Wärme- und Kälteversorgung.» Gleichzeitig steigt auch die Komplexität. Derzeit wird die Steuerungssoftware der HEI 15 für den Einsatz auf dem Hönggerberg optimiert, da die vielen Parameter eine umfassende Einregulierung voraussetzen.
Das Anergienetz auf dem Campus Hönggerberg
Das DownloadAnergienetz (PDF, 2.7 MB) – ein dynamisches Erdspeichersystem und Niedertemperaturverteilnetz – ist ein Leuchtturmprojekt der ETH Zürich und wurde im Jahr 2020 mit dem Schweizer Energiepreis Watt d’Or ausgezeichnet. Die Planung begann 2006. 2013 wurde es in Betrieb genommen und seither laufend erweitert. Heute umfasst es fünf Energiezentralen, sogenannte Cluster. Der Endausbau wird 2040 erreicht.
Ausbau der erneuerbaren Energieerzeugung schreitet fort
Ziel der neuen Kältemaschinen/Wärmepumpen ist es, die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern und den CO2-Ausstoss zu verringern. Bei hohen Öl- und Gaspreisen sind auch Kostenvorteile möglich. In der Zukunft soll der Wärmebedarf für Heizzwecke auf dem Campus Hönggerberg ganz ohne Gas und Heizöl abgedeckt werden.
Dennoch wird die ETH auch weiterhin fossile Energieträger benötigen: Einerseits sind gewisse Prozesse auf hohe Temperaturen aus der Verbrennung angewiesen – etwa die Erzeugung von Sterilisationsdampf oder der Brandsimulator – andererseits verlangt die Versorgungssicherheit weiterhin nach einem Vorrat an fossilen Brennstoffen. So beherbergt die Energiezentrale auf dem Hönggerberg auch zwei grosse Dieselaggregate als Ersatzstromversorgung (ESV).
Neben der modernen Kältemaschine/Wärmepumpe HEI 15 sind auf dem Hönggerberg daher weiterhin auch traditionelle Wärmeerzeuger in Betrieb. Bis im Jahr 2030 darf jedoch gemäss den Vorgaben des Bundes grundsätzlich keine Energie aus fossilen Quellen mehr eingesetzt werden. Um dieses Ziel sowie die Vorgaben des ETH Netto-Null-Programms zu erreichen, wird zurzeit intensiv am Energiekonzept der Zukunft gearbeitet. Dabei soll auch Carbon Capturing, also der Entzug von Emissionen aus dem Rauchgas von Verbrennungsprozessen, eine Rolle spielen.
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