Wien auch interessant in Sachen Energie

Externes Fachseminar Gebäudetechnik 2024 (HSLU): Das externe Fachseminar ist ein etabliertes Modul des Departements Technik & Architektur an der Hochschule Luzern. Die Studenten organisieren selbständig eine Weiterbildung am ausgewählten Reiseziel. Das externe Fachseminar wurde 2024 aufgrund von Organisationsänderungen der HSLU das letzte Mal durchgeführt.

Gebäudetechnik-Studierende besuchten Wien, um sich über moderne Energietechnologien wie Rotationswärmepumpen, Fernwärmesysteme und Windparks zu informieren. Vor Ort wurden sie von diversen Unternehmen wie Ecop, Siemens und Wien Energie empfangen. Dabei erhielten die Studierenden praxisnahe Einblicke in nachhaltige Lösungen und ihre Bedeutung für die zukünftige Energieversorgung. Doch es stellt sich die Frage: Sind all diese Technologien wirklich nachhaltig, oder gibt es potenzielle Interessenkonflikte, die hinter den Kulissen eine Rolle spielen?

ECOP: Grösste Rotationswärmepumpe von Europa

In Wien arbeitet die Ecop GmbH an einer bahnbrechenden Innovation: einer Rotationswärmepumpe, die industrielle Abwärme effizienter nutzbar macht. Mit einer revolutionären Technologie, die auf dem linksläufigen Joule-Prozess basiert, kann die Wärmepumpe auch für hohe Temperaturen bis 200°C effizient arbeiten und neue Anwendungsfelder in der Industrie erschliessen.

Bei bisher bekannten Wärmepumpen ist es für einen hohen COP relevant, dass der Temperaturhub im Betrieb möglichst konstant bleibt. Eine Rotationswärmepumpe hingegen kann gut mit schwankenden Quellen- und Senkentemperaturen auskommen. Die Rotationswärmepumpe ist fähig, die Drehzahl je nach gefordertem Temperaturhub anzupassen und ist somit viel flexibler als bis anhin bekannte Wärmepumpen.

Ecop ist bereits daran, eine neue noch effizientere Version zu entwickeln: Die Abmessungen der älteren Generation der Rotationswärmepumpe waren sehr gross und die Drehzahl (U/min) des Rotors war begrenzt. Daher wurde ein völlig neues Design des Rotors entwickelt, das neue Fertigungstechnologien für den integrierten Rotor nutzt, basierend auf einem mehrkanaligen, diffusionsgebundenen Wärmeübertrager. Dieser umfasst einen Hoch- und Niederdruck-Wärmeübertrager, sowie das Verteilsystem für Wasser und das Arbeitsmedium (ein einziger massiver Block). Dieses neuartige Rotordesign bietet eine signifikante Grössenreduzierung, ermöglicht aber auch eine Erhöhung der möglichen Versorgungstemperaturen auf bis zu 200 °C und einen maximalen Temperaturhub bis zu 100 K. Dies basiert darauf, dass der Abstand zwischen Hoch- und Niederdruck-Wärmetauscher optimiert werden konnte. Aufgrund der höheren Steifigkeit des Rotors kann die Drehzahl um mehr als 100 % gesteigert werden. Damit solch hohe Drehzahlen möglich sind, steht der Ganze Block unter einem Vakuum. Das System besteht im Wesentlichen aus mehreren dünnen Platten, in welche die Kanäle für das Arbeitsmedium sowie für die Prozessflüssigkeiten gebohrt werden. Diese Platten werden übereinandergestapelt und durch hohen Druck und Temperatur verbunden. Die Verdichtungs- und Expansionsrohre sowie der Wärmeübergang werden in einem Teil vereinfacht und angeordnet, sodass mehrere zusammengebaute Komponenten ersetzt werden können. Dadurch ist eine massive Vereinfachung möglich, da alle Dichtungen am Rotor entfernt werden können. Während die Grösse um etwa 50 % reduziert wird, kann die Effizienz gesteigert werden (aufgrund geringerer Temperaturunterschiede im Wärmetauscher und reduzierter Druckverluste). Im Vergleich zu geschweissten Wärmetauschern sind deutlich höhere Festigkeiten möglich, da die Verbindung über die gesamte Oberfläche hergestellt wird. Zusätzliche Vorteile dieses Herstellungsprozesses liegen darin, dass die Kanalführung für das Gasgemisch und das Wasser frei gestaltet werden können.

Die Rotationswärmepumpe von Ecop stellt eine fortschrittliche Alternative zu konventionellen Wärmepumpensystemen dar. Ihre einzigartige Fähigkeit, hohe Temperaturhübe und flexible Leistungsregelungen zu realisieren, macht sie besonders geeignet für Anwendungen in der Prozessindustrie, in der Kühl- und Wärmeerzeugung sowie in weiteren Bereichen, in denen Energieeffizienz und Reduktion der Betriebskosten im Vordergrund stehen. 

Wien Energie: Einblicke in das Kraftwerk Simmering

Das Kraftwerk Simmering, das grösste Elektrizitäts- und Fernwärmekraftwerk Österreichs, legt grossen Wert auf Sicherheitsvorschriften. Besucher erhalten für den Rundgang Stahlkappenschuhe, die über den normalen Schuhen getragen werden können. Während einer zweistündigen Führung werden interessante Einblicke in die Bedeutung des Kraftwerks für die Stadt Wien geboten. Mit einer maximalen Leistung von 1000 Megawatt (MW) versorgt das Kraftwerk die Stadt durch Fernwärme mit thermischer Energie, welche aus Abwärme der Stromproduktion durch Erdgas gewonnen wird. Die Vorlauftemperatur der Fernwärme beträgt 155°C und reicht aus, um die Hälfte der Heizungsanlagen und Industrien der Stadt zu betreiben. Durch die Abwärme wird eine Leistung von bis zu 900 MW gedeckt.

Erneuerbare Energien bieten derzeit über ein Betriebsjahr hinweg noch nicht die nötige Konstanz, um das Fernwärmenetz zuverlässig zu speisen. Daher bleibt die Abwärme des Gaskraftwerks weiterhin die Hauptenergiequelle. Neben Erdgas werden auch Holzschnitzel verbrannt, die aktuell 60 MW zur Wärmeerzeugung beitragen. Um die Rücklauftemperatur zu verringern und die Kondensationswärmegewinnung zu erhöhen, wurde in den vergangenen Jahren zusätzlich eine Wärmepumpe von 40 MW installiert.

Ein markantes Bauwerk der Anlage ist der 200 Meter hohe Abgasturm, der als Symbol des bereits im Jahr 1902 erbauten Kraftwerks gilt.

Der Besuch im Kraftwerk Simmering bietet lehrreiche Einblicke in die Energieproduktion Wiens und zeigt, wie eine grosse Stadt zuverlässig mit Strom und Wärme versorgt wird.

Windenergie-Forschungspark Lichtenegg

Der Energieforschungspark Lichtenegg ist bekannt für seine speziellen Windverhältnisse, die ideale Testbedingungen für Kleinwindkraftanlagen bieten. Seit 2014 wird der Park von einer Arbeitsgruppe betrieben, die sich aus der FH Technikum Wien, der EVN AG, der Solvento und der Energiewerkstatt zusammensetzt. Das Highlight des Parks ist das hier grösste Windrad, dessen Rotordurchmesser 66 Meter beträgt und dessen Rotorspitze Geschwindigkeiten von bis zu 300 km/h erreicht. Das windige Wetter am Tag unseres Besuches schaffte optimale Voraussetzungen für den Betrieb der Windkraftanlage und um diese bis an ihre Nennleistung von 1.8 MW zu betreiben.

Interessanterweise wurde dieses Windrad durch die Investitionen von über 60 Bürgern erbaut und ist seit 13 Jahren amortisiert. Inwiefern wäre dies für die Schweiz ein spannendes Konzept, um die Bürger mit einzubeziehen?

Ein besonderes Merkmal des Windrads ist die in luftiger Höhe integrierte Aussichtsplattform, die Besuchern einen Panoramablick über den gesamten Forschungspark ermöglicht. Bei hohen Windgeschwindigkeiten kann die Rotorspitze bis zu einem halben Meter schwanken. Aufgrund des starken Regens wurde die Besichtigung der Kleinwindkraftanlagen verkürzt, jedoch bot eine Einführung im geschützten Bereich des Parks sowie ein informativer Vortrag zur Windkraft während des Mittagessens eine gelungene Ergänzung zur Exkursion.

Seestadt Aspern: Nachhaltige Stadtentwicklung und Prestigeprojekt

Im 22. Wiener Gemeindebezirk entsteht ein internationaler Wirtschaftsstandort, der Wohn- und Arbeitsraum für über 30’000 Menschen bietet. Der Schwerpunkt liegt auf Wohnen, Büronutzung, Dienstleistungen und Handel. Die Gesellschaft ASCR (Aspern Smart City Research), an welcher Siemens ebenfalls einen hohen Anteil hält, fungiert als Vermittler zwischen der Stadt Wien und den Unternehmen sowie Institutionen, die sich in der Seestadt ansiedeln oder in Zukunft dort aktiv werden.

Siemens verfolgt in der Seestadt Wien eine nachhaltige und innovative Strategie, um die Stadtentwicklung mithilfe fortschrittlicher Technologien zu fördern. Das Hauptziel ist die Implementierung smarter Infrastrukturen, die den urbanen Raum effizienter, umweltfreundlicher und lebenswerter gestalten. Siemens bringt Lösungen in den Bereichen Smart Grids, intelligente Gebäudeautomatisierung und nachhaltige Mobilität auf den Markt. Besonders hervorzuheben ist das technische Know-how des Unternehmens im Bereich digitaler Lösungen, die zur Optimierung von Energieverbrauch und Ressourcenmanagement beitragen.

Allerdings gehört ein Teil des Projekts auch Wien Energie und der Stadt Wien selbst, was zu potenziellen Interessenkonflikten führen könnte. Ein weiterer Konfliktpunkt könnte die weitverbreitete Anbindung der Gebäude an das Fernwärmenetz sein, das von Wien Energie betrieben wird. Da diese Fernwärme grösstenteils aus Erdgas erzeugt wird, stellt sich die Frage nach der langfristigen Nachhaltigkeit. Wien Energie könnte ein Interesse daran haben, den Verkauf von Fernwärme zu fördern, was in Konflikt mit den Zielen der Nachhaltigkeit stehen könnte, insbesondere wenn erneuerbare Energien nicht verstärkt zum Einsatz kommen.

Ein alternatives Konzept, das bei der Konzeptionierung der Seestadt abgelehnt wurde, ist die Implementierung eines Anergienetzes. Dieses Niedertemperaturnetz hätte das Potenzial, eine flexiblere und umweltfreundlichere Lösung zu bieten, indem es auf Abwärme, Erdwärme und andere regenerative Energiequellen zurückgreift. Könnte die Implementierung eines Anergienetzes dazu beitragen, die Energieversorgung der Seestadt stärker auf erneuerbare Quellen auszurichten und damit den Weg für eine zukunftsfähige Energieinfrastruktur ebnen?

Smart-Home-Technologien: Ein zweischneidiges Schwert für die Nachhaltigkeit in der Seestadt?

Smart-Home-Technologien und die zunehmende Anzahl an Sensoren, die in modernen Stadtentwicklungsprojekten wie der Seestadt Aspern zum Einsatz kommen, versprechen eine effizientere Nutzung von Energie und Ressourcen. Doch es stellt sich die Frage, ob die Verbreitung solcher Technologien tatsächlich immer im Einklang mit den Zielen der Nachhaltigkeit steht. Während intelligente Gebäudeautomatisierung und vernetzte Systeme den Energieverbrauch optimieren können, erfordern sie selbst eine erhebliche Menge an Ressourcen für Produktion, Installation und Betrieb.

Die Herstellung von Sensoren, Smart-Devices und die benötigte IT-Infrastruktur bringt hohe CO2-Emissionen und den Verbrauch seltener Rohstoffe mit sich. Zudem erfordert die ständige Datenerfassung und Verarbeitung grosse Rechenzentren, deren Energiebedarf kontinuierlich wächst. Auch stellt sich die Frage, ob die Lebensdauer dieser Technologien derart ist, dass der Nutzen die ökologischen Kosten rechtfertigt.

Inwiefern führt die zunehmende Komplexität dieser Systeme tatsächlich zu einem signifikanten Vorteil für die Umwelt, und könnte weniger manchmal mehr sein, wenn es um nachhaltige Stadtentwicklung geht? Solche Fragen müssen kritisch betrachtet werden, wenn technologische Innovation und Nachhaltigkeit wirklich im Einklang stehen sollen.

Simulation extremer Wetterbedingungen auf höchstem Niveau

Wien ist Heimat des grössten Klima-Windkanals der Welt. Wir durften somit einer der technologisch fortschrittlichsten Anlagen besuchen, die für die Erforschung und Entwicklung von Fahrzeugen, Infrastrukturen und Technologien unter extremen Wetterbedingungen von unschätzbarem Wert ist. Mit einer Länge von 100 Metern und der Fähigkeit, Windgeschwindigkeiten von bis zu 300 km/h zu simulieren, übertrifft dieser Windkanal herkömmliche Anlagen bei weitem. Er bietet nicht nur die Möglichkeit, Wind zu testen, sondern auch eine umfassende Bandbreite an klimatischen Bedingungen zu erzeugen, die auf der ganzen Welt vorkommen.

Der Klima-Windkanal zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass er eine Vielzahl extremer Umwelteinflüsse in einer kontrollierten Umgebung realitätsgetreu nachbilden kann. Neben der Simulation starker Windstärken werden auch Sonne, Regen, Schnee, Eis und extreme Temperaturen nachgestellt, was ihn zu einer der vielseitigsten Testeinrichtungen weltweit macht. Bei unserem Besuch war ein neuer Zug der SBB im Klimakanal, wo die neusten Komponenten getestet wurden.

Die Sonnensimulation im Windkanal reproduziert die Strahlungsintensität der Sonne mit bis zu 1000 W/m² sowie das gesamte Farbspektrum inklusive UV-Strahlung. Dies ist besonders wichtig für die Untersuchung der Auswirkungen von Hitze und Strahlung auf Oberflächen und Materialien. Ergänzt wird dies durch die Möglichkeit, Temperaturen von -45°C bis +60°C zu erzeugen, wobei die Anlage in der Lage ist, Temperaturgradienten von bis zu 10 K/h zu realisieren.

Ein weiteres herausragendes Merkmal des Windkanals ist die Fähigkeit, Regen und Schnee in unterschiedlichen Formen zu simulieren. Eine stationäre Deckenberegnungsanlage sowie mobile Sprühgerüste und Düsen erzeugen eine Vielzahl von Niederschlagsformen, von leichtem Nieselregen bis hin zu starkem gefrierendem Regen und Schnee.

Neben den Wetter- und Klimasimulationen bietet der Kanal auch die Möglichkeit, realistische Betriebsbedingungen zu simulieren. Verschmutzungstests mit fluoreszierenden Flüssigkeiten ermöglichen es, die Auswirkungen von Umweltverschmutzung auf Oberflächen zu untersuchen, während Besetzungssimulationen mit Heizmatten und Luftbefeuchtern die thermischen Effekte einer vollständigen Fahrzeug- oder Raumauslastung nachbilden.

Ein herzliches Dankeschön an unsere Sponsoren

Ein besonderer Dank gilt unseren grosszügigen Sponsoren, die diese wertvollen technischen Besichtigungen ermöglicht haben:

• Amstein + Walthert
• Willers Engineering
• HHM
• Primeo Energie
• RMB Engineering
• Pfiffner
• Kannewischer
• Waldhauser + Hermann
• Fahrer
• MHG Heiztechnik
• Stiebel Eltron
• Enerconom
• Techem
• Meier Tobler
• Locher Sanitärplanung
• Anima
• BWT
• Immo Werft GmbH
• Durrer-Technik
• Dragan Simic AG

Durch ihre Unterstützung konnten einzigartige Einblicke in innovative Technologien wie die Rotationswärmepumpe, Fernwärmesysteme, Windkraftanlagen und mehr gewonnen werden. Dank ihres Engagements konnten spannende Erfahrungen vor Ort gesammelt werden, die nicht nur das Verständnis für moderne Energielösungen vertiefen, sondern auch den Weg für zukünftige Entwicklungen ebnen. Ohne die wertvolle Unterstützung unserer Sponsoren wäre diese lehrreiche Reise nicht möglich gewesen.