Entscheidungsvorlage - VO/0223/21-2

Sachverhalt

Die ölbetriebene Heizungsanlage der Erich Kästner Grundschule im Teilstandort Merbeck bedarf einer Erneuerung. Die nunmehr 43 Jahre alte Heizungsanlage hat ihre Leistungs- und Altersgrenze erreicht.

Der Ausschuss für Wohnen, Bauen, Vergaben und Liegenschaften stimmte am 07.09.2021 der Maßnahme zum Einbau einer neuen Heizungsanlage in der Erich-Kästner-Grundschule Teilstandort Merbeck zu (siehe VO/0223/21, TOP 1.6).
Der Beschlussvorlage wurde 2021 mit der Bitte um entsprechende Information über das weitere geplante Vorgehen zugestimmt.

Zur Untersuchung und Bewertung verschiedener Ausführungsvarianten wurde ein Ingenieurbüro der Technischen Gebäudeausrüstung (TGA) beauftragt.

Die Vorplanungsphase ist zwischenzeitlich mit der Erarbeitung von drei Varianten abgeschlossen.

Betrachtung der drei Alternativen für die neue Heizungsanlage

Die neue Heizungsanlage dient ausschließlich der Raumerwärmung.

Die Warmwasseraufbereitung erfolgt für Schule und OGS vollständig dezentral über Elektrogeräte an den Zapfstellen. Die derzeit noch mit Warmwasser versorgten Duschanlagen des ansässigen Sportvereins SV Merbeck 1912 e.V. werden nach Mitteilung des Fachbereiches Bildung und Soziales im Laufe des Jahres außer Betrieb genommen, da der Sportverein dann die Duschen seines Vereinsheimes in Nutzung nimmt.
Die bisherige Ölheizung einschließlich Tank wird zurückgebaut und die Räume des Kellergeschosses als Lagerräume der Schule umgenutzt.

Das beauftragte Ingenieurbüro hat neben der Kostenermittlung auch eine energetische Bewertung von potentiellen Heizsystemen vorgenommen. Darauf aufbauend wurde eine Wirtschaftlichkeitsuntersuchung durchgeführt, die Investitionskosten, Laufzeit und Betriebskosten der untersuchten Varianten gegenüberstellten um eine Entscheidung für eines der Heizsysteme zu ermöglichen.
Der erforderliche Jahresenergiebedarf der Schule wurde mit 62.500 kwh berechnet.

Weiterhin wurde der Kohlendioxidausstoß abgeschätzt, um Parameter für die ökologische  Bewertung der Varianten zu erhalten.

Folgende Ausführungsvarianten wurden untersucht:
1. Gasbrennwertanlage,
2. eine kombinierte Gasbrennwert- und Wärmepumpe und
3. eine reine Wärmepumpenanlage

Die Wärmepumpen wurden als Luft-Wasser-Wärmepumpen konzipiert. Wärmepumpen mit Geothermie (Erdwärme) oder Flachkollektoren (Solarenergie) kommen aufgrund der geologischen Lage bzw. zu geringer Grundstücksfläche als zu ineffizient nicht in Betracht.
Die Ausführung einer Solaranlage (z.B. Dachkollektoren) als unterstützende Komponente der Beheizung wurde nicht weiterverfolgt, da kein Brauchwasser erwärmt werden muss und so die Effizienz einer solchen Anlage nicht gegeben ist.

Zusätzlich wird von der Verwaltung derzeit noch die Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit einer subsidiären Photovoltaikanlage (PV) auf einem Teil der Dachflächen der Grundschule geprüft.  Hier müssen zunächst bautechnische Voraussetzungen wie die Gebäudestatik untersucht werden. Eine spätere Adaption an die Heizungsanlage wäre ohne größeren Aufwand möglich ist.
Sollten die zzt. inaktiven Förderprogramme zu PV-Nutzung wieder aufgelegt werden so würde diese zusätzliche Option von der Verwaltung weiterverfolgt werden.
 

Variante 1 - Gasbrennwertkessel

Die monovalente (d.h. nur ein Energieerzeuger) Anlage entspricht dem derzeitigen Stand der Technik der fossilen und konventionellen Heiztechnik. Eine Gasleitung ist im Straßenraum vorhanden und könnte unproblematisch als Neuanschluss in das Schulgebäude gelegt werden.
 

Variante 2 - Luft-Wasser-Wärmepumpe mit Gasbrennwertkessel

Die bivalente (d.h. zwei Energieträger) Anlage erzeugt den Grundwärmebedarf über die Wärmepumpe und kann größere Heizlasten, d.h. an kalten Tagen, mit der Zuschaltung des Gaskessels erzeugen.
Diese Anlage ist für den Betrieb besonders effizient, jedoch auch teurer, da zwei Heizsysteme installiert werden.
 

Variante 3 - Luft-Wasser-Wärmepumpe

Bei monovalenter Ausführung der Anlage muss diese entsprechend größer dimensioniert werden, da auch in der ‚kalten‘ Jahreszeit allein über die Wärmepumpe beheizt wird. Ein elektrischer Heizstab deckt dann die Spitzenlasten ab, hat jedoch ein sehr ungünstiges Kosten-Nutzen-Verhältnis.
 

Nachteilig für die Beheizungsart mittels Wärmepumpe sind die im Schulgebäude vorhandenen Radiator-Heizkörper.
Wärmepumpen arbeiten systembedingt am effizientesten, wenn Sie eine möglichst geringe Temperaturdifferenz zwischen dem Primärenergieträger (hier der Außenluft) und dem erwärmten Heizwasser aufweisen. Dies ist bei Strahlungssystemen wie Flächenheizungen (z.B. eine Fußbodenheizung) der Fall. Die vorhandenen Radiatoren haben einen relativ hohen Anteil an Konvektion, d.h. sie erwärmen die vorbeistreichende Luft, die dann im Raum zirkuliert. Hierfür werden systembedingt höhere Temperaturen benötigt. Der der Wirtschaftlichkeitsuntersuchung zugrunde liegende COP-Wert ("Coefficient of Performance", das Verhältnis von Wärme- zu Einspeiseleistung) wurde daher auf 3,5 festgelegt.

Bewertung

Der Kosten- und Emissionsvergleich der drei untersuchten Heizsysteme ist den folgenden Tabellen zu entnehmen (Werte gerundet, alles in brutto):

*) COP= Coefficient of Performance  alle Kostenangaben sind Brutto-Angaben

Weiterhin wurden die Kohlendioxidemissionen berechnet:

*) PE = Primärenergie  alle Angaben sind kg/kwhPE/Jahr

Die Installationskosten der Wärmepumpenanlagen sind wie zu erwarten deutlich höher als bei einem reinen Brennwertkessel. Durch die Möglichkeiten der BAFA-Förderung reduzieren sich diese Mehrkosten aber erheblich.

Unter Berücksichtigung der Betriebskosten ist eine Amortisation der Variante 2 rechnerisch nach Ansatz der für 2022 erwarteten Gas- und Strompreise (die Energieversorgung wird derzeit EU-weit neu ausgeschrieben) erst nach 26 Jahren zu erwarten. Tatsächlich kann eine belastbare Prognose der Energiepreise über einen solch langen Zeitraum natürlich nicht vorgenommen werden.

Bei Variante 3 sind die Energiekosten höher als beim einfachen Brennwertkessel (Var. 1).

Bei den Kohlendioxidemissionen lassen sich gegenüber dem reinen Gasbetrieb jedoch deutliche Einsparungen erzielen.
Die aktuelle Ausschreibung erfolgt mit Strom, der zu 100% aus regenerativen Energiequellen stammt. Dies zugrunde gelegt lassen sich jährlich geschätzt um 25,5t (Variante 2) bzw. 29,4t (Variante 3) Kohlendioxid einsparen.

Vorschlag der Verwaltung

Aufgrund der realisierbaren CO2-Einsparung und zur Unterstützung der Klimaziele der Bundesrepublik Deutschland schlägt die Verwaltung die Realisierung der Variante 2 vor.
 

Kosten und Finanzierung:

Auf Basis der Kostenschätzung des Ing.-Büro für die Technische Gebäudeausrüstung werden bei Beschluss für die Variante 2 die Kosten für die Gesamtmaßnahme exklusive der PV-Anlage auf 140.000,- EUR geschätzt.

Im Haushaltsplanentwurf für das Jahr 2022 sind unter dem Produktsachkonto 030104 521100 - Instandhaltungsmaßnahmen Grundschule Merbeck - für die Heizungserneuerung Mittel in Höhe von 205.000,- EUR vorgesehen. Für eine unterstützende PV-Anlage wäre somit ein finanzieller Puffer vorhanden.

Bei Realisierung der Variante 2 mit Wärmepumpe und Gasbrennwertkessel wird die Verwaltung einen Förderantrag bei der BAFA - Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle - stellen. Die mögliche Förderhöhe ist abhängig von den Baukosten und könnte bei rund 45.000,- EUR liegen.

Beschlussvorschlag:

Der Ausschuss für Klimaschutz, Umwelt, Verkehr und Tourismus empfiehlt dem Ausschuss für Wohnen, Bauen, Vergaben und Liegenschaften die Ausführung der neuen Heizungsanlage in der Erich-Kästner-Grundschule Teilstandort Merbeck als bivalentes System mit Luft-Wasser-Wärmepumpe und Gasbrennwertkessel.