Haustech 6/2017

Grundwasser marsch!

Eigenwillige Architektur für ein Pionierprojekte: Die Energiezentrale Torfeld. (Foto: Michael Staub)
Unter dem Gleisfeld des Bahnhofs Aarau verbirgt sich die 70 Meter lange Unterquerung. (Foto: Michael Staub)
Der Maschinenraum der Aargauer Energiewende: Teilansicht eines Wärmepumpenraums mit Nieder- und Hochdruckverdichtern. (Foto: Michael Staub)
Michael Staub /

Die IBAarau betreibt seit 2014 ein umfangreiches Fernwärme- und Fernkältenetz in der Stadt Aarau. Ein Augenschein in der Energiezentrale Torfeld zeigt das grosse Potenzial der Grundwassernutzung.

Es riecht kaum merkbar nach Ammoniak. Der Geruch, den man eher mit einem Stall verbindet, will nicht so recht in den fensterlosen Wärmepumpenraum passen. Matthias Bobst steht neben dem mannshohen Plattentauscher. Er zeigt auf die lila gestrichenen Rohre, die das verdampfte Kältemittel zu den mächtigen Verdichtern führen. «Im Prinzip stehen wir jetzt mitten in der Wärmepumpe», sagt Bobst. Er ist Leiter Wärme- und Kälteversorgung der IBAarau. Die begehbare «Wärmepumpe», eine von drei identischen Anlagen, befindet sich in der Energiezentrale Torfeld. 2015 erbaut, ist diese eine von zwei Herzkammern des grossen Fernwärme- und Fernkälteverbunds, den die IBAarau in den letzten Jahren erstellt hat. Den Anstoss dazu gab eine kommunale Abstimmung.

Das Aarauer Energienetz ist aus mehreren Gründen bemerkenswert. Der Einsatz von Ammoniak-Wärmepumpen dieser Grösse für öffentliche Netze ist in derSchweiz ein Novum. Ebenso der breitflächige und parallele Aufbau des Wärme- und Kältenetzes, die für die Energiegewinnung nicht das Erdreich nutzen. «Unsere Wärme- und Kälteversorgung auf Basis von Grundwasser ist in dieser Grösse zumindest in der Schweiz einmalig», sagt Matthias Bobst. Bereits 2016 wurden über 10 Gigawattstunden erneuerbare Energie (Fernwärme und Fernkälte) geliefert.

Für die erste Etappe, die primär Kerngebiete mit hoher Wärmebezugsdichte erschliessen soll, ist eine Jahresgesamtenergie von annähernd 100 Gigawattstunden vorgesehen. In einer zweiten Etappe sollen weitere Areale und Überbauungen an die Netze angeschlossen werden, die durch einen erhöhten Wärmebedarf auffallen. Dieser zweite Schritt dürfte nochmals etwa 50 Gigawattstunden zusätzliche Jahresenergie umfassen.

Grundwasser in 35 Metern Tiefe

Direkt neben der der Energiezentrale soll in einigen Jahren eine Passerelle über die Geleise und in das neue Aarauer Fussballstadion führen. Die ungewöhnliche Geometrie des Gebäudes ergibt sich aus verschiedenen Grenzabständen. Auf der Südseite, wo das Gleisfeld beginnt, muss das Lichtraumprofil der SBB eingehalten werden. Auf der Westseite hingegen grenzt die Zentrale an ein mögliches Baufeld für ein Gebäude mit Wohnanteil. Deshalb ist die Fassade über dem Erdgeschoss einige Meter zurückgesetzt: «Ab dem ersten Obergeschoss muss man entsprechend grössere Abstände einhalten», erläutert Matthias Bobst. Trotz der vielen Vorgaben zeigt die Baute eigenwillige Akzente. So hat man den Doppelkamin bewusst eingehaust, statt die Rohre offen zu führen. Der schwarz pigmentierte Beton ist nicht nur auf der Aussenfassade präsent, sondern zieht sich auch durch sämtliche Innenräume. 

Ausgefeilte Technik

Das Grundwasser wird in einem DoppelFilterbrunnen mit insgesamt sechs Tauchpumpen gefasst. «Der Grundwasserstrom befindet sich in Aarau relativ nahe an der Oberfläche. Man kann sich ihn zur Vereinfachung sozusagen auf demselben Niveau wie die Aare und Suhre vorstellen. Unsere Wasserfassung reicht etwa 35 Meter tief», erläutert Matthias Bobst. Das Grundwasser wird mit einer zentralen, etwa 750 Meter langen Leitung in die Energiezentrale Torfeld geführt, für die Wärme- respektive Kälteerzeugung genutzt und anschliessend mit einem einzigen Rückgabebrunnen wieder in den Untergrund zurückgegeben.

Mit einem aufwendigen Sensornetz werden Fassung, Rückgabe und Wassertemperaturen überwacht. «Die Kreisläufe sind streng getrennt. Das Grundwasser wird in der Zentrale via Wärmetauscher und Verdampfer erwärmt respektive abgekühlt, danach geht es zurück in den Boden. Wir bringen also kein Grundwasser zu den Kunden, auch wenn das einige Interessenten zunächst vermuten», sagt Bobst. Das Grundwasser ist jedoch nicht die einzige Energiequelle für die Kälte- respektive Wärmegewinnung. Durch die Wärmepumpen leitet man auch den Rücklauf der Fernwärme (etwa 35 bis 45 Grad Celsius) sowie den Rücklauf der Fernkälte (etwa 16 Grad Celsius).

In der Übergangszeit lässt sich daraus bereits ein grosser Teil der benötigten Energie gewinnen. «Im Frühling und Herbst sind nicht alle Wärmepumpen ständig in Betrieb. Im Hochsommer und Winter laufen die Verdichter jedoch auf hoher Last», sagt Matthias Bobst. Um die Spitzen an besonders heissen Sommertagen zu brechen, sind auf dem Dach der Energiezentrale mächtige Freikühler montiert. Ihr Pendant für die kalte Jahreszeit steht im Untergeschoss der Energiezentrale. Hier befinden sich vier mächtige Gaskessel, die bei Bedarf mit Erdgas/Biogas betrieben werden. Auf das ganze Jahr gesehen, werden über 80 Prozent der Fernwärme respektive 100 Prozent der Fernkälte aus erneuerbaren Energiequellen gewonnen. Denn auch der Strom für den Betrieb der Energiezentrale stammt aus dem Aarekraftwerk der IBAarau.

Stetiger Ausbau

Das Netz der IBAarau wächst rasant. Seit 2014 ist der erste Sektor in Betrieb, der Wärme-/Kälteverbund Kasino. Er basiert ebenfalls auf der Grundwassernutzung mit einer Spitzenlastabdeckung durch Erdgas/ Biogas. Die Energiezentrale Kasino ist im dritten Untergeschoss einer bestehenden Parkanlage untergebracht, was den Einbau der Technik sehr anspruchsvoll gestaltete. Etwa zwei Drittel der nutzbaren Leistung werden in diesem Verbund bereits bezogen. Der zweite Sektor, der Wärme-/Kälteverbund Torfeld, ist seit 2015  in Betrieb. Er dehnt sich über die Stadtgrenze von Aarau aus und reicht teilweise bis Buchs.

Per Anfang 2017 wurde das bestehende Heisswassernetz des Kantonsspitals Aarau (KSA) inklusive Energiezentrale von der IBAarau übernommen. Damit stehen in den zwei bestehenden Verbunden auch Wärme-Auskoppelungen der KVA Buchs zur Verfügung. Bis Ende 2018 sind weitere Ausbauschritte vorgesehen. Nördlich des Verbundes Torfeld soll ein dritter Sektor entstehen, der Wärme-/Kälteverbund Telli. Dessen Energiezentrale mit einem Bauvolumen von 20 Millionen Franken kommt direkt neben die ARA zu stehen. Sie wird nicht Grundwasser, sondern gereinigtes Abwasser für die Wärmegewinnung nutzen.

Die Kältegewinnung basiert auf Grundwasser. Ebenso soll später das in der ARA anfallende Klärgas in Biogas aufbereitet und ins Gasnetz eingespiesen werden. Westlich der Verbunde Torfeld und Kasino plant man den Wärme-/Kälteverbund Schachen, der allerdings keine eigene Energiezentrale erhalten, sondern über die bestehenden Anlagen gespiesen werden wird. Schliesslich soll eine Stichleitung das KSA-Areal mit dem südwestlich gelegenen Wärmeverbund im Raum Goldern/Binzenhof verbinden. Schritt für Schritt wachsen so die Verbunde weiter. Die IBAarau wird sich vorerst auf die Grossregion Aarau konzentrieren, ist aber offen für Partnerschaften und Zusammenarbeitsmodellen, die über dieses Gebiet hinausreichen.

Aufwendiger Netzbau

Der Leitungsbau für die neuen Netze erfolgte überwiegend im gespriessten Graben. «Auf einzelnen Abschnitten waren die Arbeiten sehr aufwendig, weil wir vorgängig alle anderen Gewerke umlegen mussten, damit wir überhaupt Platz für die Fernwärme- respektive Fernkälteleitungen hatten», sagt Matthias Bobst. Die Netze wurden wie folgt realisiert: ¢ Fernwärme-Hauptleitungen mit KMR DN 250. Das Mantelrohr besitzt einen Aussendurchmesser von 450 Millimetern, das Mediumrohr einen Innendurchmesser von 273 Millimetern. ¢ Fernkälte-Hauptleitungen mit PE100 DA 450. Der Aussendurchmesser beträgt auch hier 450 Millimeter, der Innendurchmesser 368 Millimeter. ¢ Hausanschlüsse je nach Objekt. Bei einem kleineren Gebäude beispielsweise PE 100 DA 50 (Innendurchmesser 41 Millimeter) für Kälte und KMR DN 32 für Wärme.

Alle Wärme-Hauptleitungsrohre sind mit einer durchgängigen Leckerkennung verkabelt. Das Aufspüren und Reparieren von Defekten, etwa infolge von Baggerarbeiten, wird damit wesentlich beschleunigt. Neben den eigentlichen Wärme- respektive Kälteleitungen wurde auch ein Kommunikationsrohr verlegt. Es beherbergt im Moment Kupferleitungen, die zur Steuerung und Überwachung der Übergabestationen in den Heizungsräumen der Kunden  dienen. Ein späteres Upgrade auf Lichtwellenleiter ist ohne grössere Aufwände möglich.

Wie alle Werkleitungsnetze ist die Wärme- und Kälteverteilung zum grössten Teil unsichtbar. Eine spektakuläre Ausnahme bildet die Unterquerung auf dem Bahnhofareal, welche im Pressohrvortrieb erstellt wurde. Die begehbare Unterführung ist 70 Meter lang und quert 12 Geleise. Neben Fernwärme- und Fernkälteleitungen beherbergt sie auch weitere Werkleitungen, darunter Strom, Trinkwasser und Gas. «Dieser Abschnitt war sicherlich der anspruchsvollste. Beim Bau gab es unerwartete Setzungen aufgrund von nicht verdichtetem Material im Untergrund. Letztlich hat aber alles geklappt», berichtet Bobst.

Grosse Nachfrage

Der problemlose Anschluss eines Gebäudes an die Energienetze steht und fällt mit einer sauberen Planung für die Inbetriebnahme der Übergabestation. Gemäss Bobst nutzen viele Kunden die Gelegenheit, gleich ihre Hausinstallation auf den neusten Stand zu bringen: «Die Technik ist bei einer guten Abstimmung kein Problem. Eine grosse Herausforderung ist jedoch das Timing. Wir möchten natürlich, dass möglichst viele Kunden ihre Gebäude anschliessen, wenn wir eine Strasse erschliessen. Sonst muss der Belag immer wieder aufgerissen werden.» In der Stadt Aarau besteht keine Anschlusspflicht für die neuen Netze.

Das Interesse der Eigentümerschaften ist trotzdem gross. «Bei vielen unserer Kunden spielt nicht einmal die Fernwärme die erste Geige, sondern die Fernkälte», sagt Hans-Kaspar Scherrer. Der Vorsitzende der Geschäftsleitung der IBAarau ist vom Potenzial der Fernkälte überzeugt. Gerade bei gut gedämmten Gebäuden gebe es im Sommer aufgrund der Beleuchtung, der zahlreichen elektrischen Geräte und der vielen Mitarbeitenden ein Kühlproblem, sagt Scherrer: «Dank Fernkälte kann man dies einfach, schnell und günstig lösen. Unsere Fernkälte kommt die Eigentümerschaften deutlich günstiger zu stehen als der Einsatz von dezentralen Kühlgeräten.»

Eine wichtige Rolle spielen auch der Wissensstand und die Offenheit von Planern und Architekten, die in der Regel von autarken Gebäudetechniklösungen ausgehen. «Wir haben hier unterschiedliche Erfahrungen gemacht», sagt Scherrer, «manchmal geht es sehr schnell und einfach, manchmal dauern die Entscheide sehr lange.» Nicht allen Fachleuten sei bewusst, dass auch die Energieversorgung ein wichtiger Bestandteil der Gebäudeinfrastruktur sei. Bei den Bezügern von Fernwärme und Fernkälte sehe dies anders aus: «Unsere Kunden sind mit der Einfachheit und Zuverlässigkeit der Lieferung absolut glücklich und für uns der beste Werbeträger.»