Haustech 3/2018

Das Gas soll weichen

(Foto: zVg)
Michael Staub /

Für einen sicheren Winterbetrieb halten die Schweizer Bahnen zahlreiche Weichenheizungen in Betrieb. Mit einem Pilotprojekt testet die SBB nun das Potenzial der Erdwärme. Die Wärmepumpe für die Weiche könnte dereinst Gas- und Elektromodelle ablösen.

Der Bahnhof Eschenbach (LU) liegt an der Seetallinie Luzern-Lenzburg. Seit dem Winter 2017/18 testet die SBB hier die erste geothermische Weichenheizung auf Schweizer Boden. Zum Einsatz kommen zwei Erdsonden, die in eine Tiefe von 120 Metern reichen. Angeschlossen sind sie an eine Wärmepumpe des Modells Weider SW300. Gemäss Herstellerangaben ergibt sich bei einem Vorlauf von 35 Grad Celsius eine Heizleistung von 22.5 kW, der COP beträgt 4.3. Bei einem Vorlauf von 55 Grad Celsius soll die Wärmepumpe eine Heizleistung von 19.4 kW und einen COP von 2.7 erzielen.

«Die tatsächlichen Werte werden sich im Betrieb über die nächsten zwei Jahre zeigen», sagt Matthias Rücker, Fachspezialist Energieeffizienz bei der SBB. Um Zuverlässigkeit und Energieeffizienz zu steigern, hat man in der Anlage zusätzliche Messtechnik installiert: Elektro- und Wärmemengenzähler sowie Temperatursensoren für die Sonden. Die Regelung der Weichenheizung erfolgt über eine lokale Wetterstation, die Lufttemperatur und Luftfeuchte erhebt und Niederschläge optisch detektiert. Zudem wurden ein Flugschneefühler und zwei Temperaturfühler an der Schiene verbaut. Die Anlage läuft automatisiert und kann über eine App ferngesteuert werden. Allfällige Stör- und Fehlermeldungen werden via GSM automatisch an die Betriebszentrale Mitte, das «Super-Stellwerk» im Bahnhof Olten, übermittelt. Ihre elektrische Energie bezieht die Anlage über einen Abgang im Elektroraum des Bahnhofs mit 3x400/230V 50 Hz.  

Kohle, Gas, Erdwärme

Die ersten dokumentierten Weichenheizungen funktionierten mit Kohlebriketts, die in spezielle Behälter eingelegt wurden. Noch 1958 betrieb die Deutsche Bundesbahn 10 000 solcher Heizungen. In Italien hatte die FS im selben Jahr bereits 1200 elektrische Weichenheizungen in Betrieb genommen. Ab 1961 erprobte man mit einer Pilotanlage in Göschenen erstmals in der Schweiz die Infrarot-Weichenheizung. Die Wärme eines Gasbrenners wurde dabei durch eine gelochte Keramikplatte auf die Schienen geleitet. Ab 1963 rüstete die SBB Weichen an den wichtigen Fahrstrassen sukzessive mit Heizungen aus. 1964 wurden in Göschenen bereits 42 Weichen mit der neuen Technik beheizt.

Heute betreibt die SBB rund 7400 Weichenheizungen. Damit ist ungefähr jede zweite SBB-Weiche mit einer solchen Anlage ausgestattet. Die Versorgung der Weichenheizungen erfolgt zu 62 Prozent mit Strom, zu 38 Prozent mit Gas. Jede Anlage wird jährlich gewartet, ihre Lebensdauer beträgt im Schnitt 25 Jahre. Eine Angabe der durchschnittlichen Kosten ist nicht möglich, weil die notwendige Infrastruktur je nach Betriebspunkt variiert. Beziffern lassen sich hingegen die jährlichen Betriebskosten. Während der «Weichen-Heizperiode» stehen die Anlagen von Mitte Oktober bis Mitte April im Bereitschaftsdienst und können bei Bedarf hochgefahren werden. Der jährliche Energiebezug dieses Heizungsparks beläuft sich auf 60 bis 70 Gigawattstunden, was Kosten von rund drei Millionen Franken entspricht. Der Bestand der beheizten Weichen ist nicht fix definiert. «Das Schienennetz steht unter Dauerbeobachtung», sagt Daniel Föhn, Life Cycle Manager Weichenheizungen bei der SBB. «Wenn kritische Weichen erkannt werden, können wir sie nachrüsten. Neben Heizungen könnten dies auch bauliche Massnahmen sein, dies prüfen wir zurzeit.»

Potenzial abklären

Wie viele Einsatzmöglichkeiten wird es für die geothermische Weichenheizung geben? «Derzeit scheint der Einsatz für Spurwechsel und kleine Bahnhöfe am geeignetsten», sagt Matthias Rücker. Das neue System mit warmwassergeführten Leitungen reagiere träger als Gas-Weichenheizungen. Deshalb sei der Einsatz an exponierten Orten mit harschem Wetter oder Höhenlage wenig wahrscheinlich. Das Mittelland wird sich vermutlich am besten eignen. Für die Pilotanlage wurde der Bahnhof Eschenbach aufgrund zahlreicher Kriterien ausgewählt. Die Seetallinie muss nicht derart hoch verfügbar sein wie die klassischen SBB-Rennstrecken. Für die Weichenheizung existierte zudem ein ausreichend geplantes Projekt, das von Gas auf Geothermie modifiziert werden konnte und die Inbetriebnahme noch 2017 möglich machte. Nicht zuletzt sind in Eschenbach auch Bohrungen bis rund 200 Meter Tiefe gestattet, und die SBB besitzt hier ausreichend Grundstückflächen für die Errichtung der nötigen Anlagen.

Die Kosten für den Pilotversuch betragen 450 000 Franken. Darin enthalten sind der Rückbau der bestehenden Gasweichenheizungen sowie sämtliche Installationsarbeiten für Erdwärmesonden, Wärmeverteilung, Weichenausrüstung und Steuerung. Zudem werden die Überwachung und das Monitoring der Anlage sowie die Datenauswertung in den ersten beiden Betriebsjahren abgedeckt. Das Bundesamt für Verkehr (BAV) unterstützt das Projekt im Rahmen «Umsetzung Energiestrategie 2050 im öffentlichen Verkehr (ESöV 2050)» mit einer Fördersumme von 180 000 Franken.

Mehr Möglichkeiten

Matthias Rücker betont den innovativen Charakter der Anlage: «Wir haben einen Regenerationsmodus programmiert. An warmen Wintertagen läuft das System reversibel: Die Wärmetauscher an der Schiene regenerieren das Erdreich. Im Sommer nutzen sie es hingegen als Wärmespeicher.» Diese Regeneration soll bei zukünftigen Anlagen geringere Investitionen möglich machen. Die Tiefe der Erdsonden könnte reduziert, die Gesamtwirtschaftlichkeit der Anlage gesteigert werden. Zudem wird in Eschenbach die Wärme mit einem für die SBB neuen System, nämlich wassergefüllten Rohren,  auf die Schienen übertragen. «Wenn sich diese Technologie bewährt, können wir in Zukunft verschiedene Energiequellen anzapfen», erläutert Matthias Rücker. Denkbar seien unter anderem der Anschluss solcher Weichenheizungen an Nahwärmenetze, die Nutzung von Abwärme oder Tunneldrainagewasser.