FALLSTUDIE: Über 13 Jahre Energieunabhängigkeit. Synergie zwischen Heizung, Photovoltaik und Grauwasser-Wärmerückgewinnung im Sunny Hill Hotel in Karpacz, Polen.
Diese Konfiguration – entworfen von Piotr Leszek und umgesetzt von EOD – ist ein Musterbeispiel für intelligente Energie-Prioritätensteuerung (sogenanntes Peak-Management).
1. Einleitung und Objektprofil
Das Sunny Hill Hotel in Karpacz ist eine hochwertige Anlage in dem anspruchsvollen Gebirgsklima des Riesengebirges (Karkonosze). Aufgrund der rauen lokalen Bedingungen beträgt die Temperatur des Trinkwassers, das das Gebäude versorgt, im Durchschnitt nur 8 °C. Die Immobilie zeichnet sich durch einen hohen Bedarf an thermischer Energie aus (sowohl für Raumheizung als auch für die Bereitung von Warmwasser). Um den höchsten Komfortstandard für die Gäste zu gewährleisten, betreibt das Gebäude ein 24-stündiges, temperaturgeregeltes Zirkulationssystem. Das gesamte System ist seit 2013 in Betrieb, was über 13 Jahre kontinuierlichen, stabilen und störungsfreien Betriebs entspricht. Das System wurde von Piotr Leszek entworfen, der Hauptauftragnehmer für die Installation war EOD. Der Wasserverbrauch im betrachteten Zeitraum belief sich auf 1.106,9 m³ (1.106.900 Liter), und die aktuellen Stromkosten betragen 1,10 zl (~0,26 EUR) pro kWh.
2. Ein fortgeschrittenes technologisches Konzept (Synergie der vier Säulen)
Der 2013 von Piotr Leszek erstellte Installationsentwurf war einzigartig und wegweisend. Die eingesetzten technischen Lösungen und der Ansatz zur Synergie erneuerbarer Energiesysteme lagen deutlich vor den damaligen Planungsgepflogenheiten und den für Hotelanlagen geltenden Marktstandards. Das System basiert auf der vollständigen Integration von Wärmeerzeugung, Abwärmerückgewinnung und Stromerzeugung.
Die erste Säule ist eine doppelt funktionierende Wärmequelle in Form einer 35-kW-Sole/Wasser-Wärmepumpe mit einer durchschnittlichen jährlichen Leistungszahl (COP) von 4,5, die über fünf jeweils 100 Meter lange Geothermie-Sonden Energie aus dem Erdreich gewinnt. Dieses Aggregat erfüllt zwei Aufgaben: Es beheizt das gesamte Hotelgebäude und liefert Energie für die Erwärmung des Trinkwarmwassers. Die zweite Säule ist das FriWa-Frischwassermodul. Das Trinkwarmwasser wird nicht in herkömmlichen, großen Speichern bevorratet – stattdessen erwärmt das FriWa-Modul es im Durchflussprinzip mit Hilfe eines effizienten Plattenwärmetauschers und eliminiert dadurch das Risiko des Wachstums von Legionellen-Bakterien. Die dritte Säule ist die Wärmerückgewinnung aus Grauwasser mit dem Showersave-System. Dieses nutzt vertikale Wärmetauscher (DWHR), die direkt in die Fallleitungen integriert sind, über die Duschwasser aus den Hotelbädern abgeführt wird. Die 2013 installierten Geräte weisen einen Wirkungsgrad von 47 % auf und haben durch ihre höchste Verarbeitungsqualität überzeugt – über ein Dutzend Jahre wartungsfrei und störungsfrei im Betrieb. Sie bilden das technologische Fundament der Anlage; die neuesten, derzeit produzierten Showersave-Modelle setzen die Messlatte noch höher und erreichen einen Wirkungsgrad von über 70 %. Die vierte Säule ist die Eigenstromerzeugung und Lastspitzensteuerung über eine Photovoltaikanlage mit 10 kWp. Die PV-Anlage erzeugt jährlich rund 10.000 kWh kostenlosen Strom und arbeitet eng mit dem intelligenten Energie-Prioritätenmanagementsystem (EMS) zusammen. Dies ermöglicht es, Prozesse der intensiven Beheizung und Wärmespeicherung automatisch zu Zeiten maximaler Solarstromerzeugung zu aktivieren und so die Kosten für den Stromeinkauf aus dem Netz auf ein Minimum zu senken.
3. Ingenieurtechnische Herausforderung: WW-Priorität versus Heizstabilität
In konventionellen Systemen, die auf einer einzelnen Wärmepumpe basieren, führt das gleichzeitige Beheizen des Gebäudes und die Bereitstellung von Trinkwarmwasser zu einem ernsthaften technologischen Konflikt. In Zeiten hoher Wasserabnahme (z. B. bei morgendlichen oder abendlichen Duschspitzen) muss die Wärmepumpe in den Modus „Warmwasser-Priorität“ (DHW priority) wechseln und die Gebäudeheizung vollständig unterbrechen. Darüber hinaus kühlt der dauerhafte Betrieb des Temperatur-Zirkulationssystems den Pufferspeicher kontinuierlich aus. In einer 35-kW-Anlage könnte dies bei Kälteeinbrüchen in Karpacz zu unterheizten Hotelzimmern führen.
Die Kombination der Systeme Showersave und FriWa-Modul hat dieses Risiko vollständig eliminiert. Erstens erhöht Showersave die Einspeisetemperatur – das in den Abfluss gelangende Warmwasser überträgt seine Energie und erwärmt das kalte Trinkwasser von 8 °C auf eine deutlich höhere Temperatur. Dadurch wird die Wärmepumpe direkt entlastet, da das FriWa-Modul wesentlich weniger Energie aus dem Pufferspeicher benötigt, um das Wasser auf die Solltemperatur von 50 °C zu erhitzen. Infolgedessen verkürzt sich die Betriebszeit im Modus der Warmwasser-Priorität. Eine 35-kW-Wärmepumpe erwärmt das Wasser quasi sofort und kann fast unmittelbar zu ihrer Hauptaufgabe zurückkehren – der Beheizung des Hotelgebäudes.
4. Datenanalyse und Energie-/Kostenbilanz für Trinkwarmwasser (DHW)
In einem theoretischen Szenario (ohne Verluste und ohne Nutzung erneuerbarer Energietechnologie, bei einem COP von 1,0) würde das Erwärmen von 1.106.900 Litern Wasser von 8 °C auf 50 °C (Temperaturdifferenz 42 °C) mit herkömmlichen elektrischen Heizstäben einen theoretischen Wärmebedarf von 54.057,31 kWh erzeugen. Dies entspräche minimalen theoretischen Kosten von 59.463,04 PLN (~13.893,23 EUR).
Im tatsächlichen Szenario im Sunny Hill Hotel wurden auch reale Verluste durch die rund um die Uhr laufende Temperaturzirkulation berücksichtigt. Wäre das System nicht mit der Showersave-Abwasser-Wärmerückgewinnung ausgestattet worden, hätte der gesamte Energiebedarf des Systems (Netto-Wärme + Zirkulationsverluste) ursprünglich bis zu 115.544,32 kWh Wärme betragen. Dank des Einsatzes vertikaler Showersave-Wärmetauscher mit einem Wirkungsgrad von 47 % konnten jedoch 35.256,00 kWh Energie direkt aus dem abfließenden Grauwasser zurückgewonnen werden. In der Folge sank der tatsächliche Energiebedarf, der aus der Wärmequelle (Pufferspeicher) gedeckt werden musste, auf 80.288,32 kWh Wärme.
Unter Berücksichtigung des Stromverbrauchs und der Kosten – inklusive Wärmepumpe (COP 4,5) und PV-Anlage – reduzierten sich die Wärmeerzeugungskosten auf 0,2444 zl (~0,057 EUR) pro kWh. Der gesamte Stromverbrauch der Wärmepumpe für Trinkwarmwasser (DHW) belief sich auf 17.841,85 kWh Strom. Dank der 10-kWp-Photovoltaikanlage, die durch Eigenverbrauch 5.500 kWh Strom direkt für den Betrieb der Wärmepumpe bereitstellte, sank der Strombezug aus dem Netz drastisch auf 12.341,85 kWh. Die Schlussrechnung für den Netzstrombezug für DHW belief sich auf 13.576,04 PLN (~3.171,97 EUR). Das bedeutet, dass die tatsächlichen Kosten für das Erwärmen von 1 Liter Wasser 0,0122 zl (~0,0028 EUR) pro Liter betrugen, also nur 1,22 Groszy [~0,28 Eurocent] pro Liter Warmwasser aus der Leitung.
5. Zusammenfassung der wirtschaftlichen Vorteile für das Hotel
Vergleicht man die Leistung des Trinkwarmwassersystems in einer Standardkonfiguration ohne Wärmerückgewinnung (COP 1,0, unter Berücksichtigung der tatsächlichen Zirkulationsverluste auf Primärebene von 115.544,32 kWh) mit dem vollständigen System im Sunny Hill Hotel (Wärmepumpe COP 4,5 + FriWa + Showersave + 10 kWp PV) bei einem Strompreis von 1,10 zl (~0,26 EUR) pro kWh, ergeben sich folgende Resultate:
Stromverbrauch aus dem Netz: Reduktion von 115.544,32 kWh im konventionellen System auf lediglich 12.341,85 kWh im Sunny Hill Hotel.
Gesamtkosten pro 1 kWh Wärme: Im Basisszenario 1,10 zl (~0,26 EUR), im integrierten System reduziert sich dieser Wert – unter Einbeziehung der kostenlosen Energie aus Abwasser-Wärmerückgewinnung und Solarstrom – auf 0,1175 zl (~0,027 EUR).
Gesamte Stromkosten für das Hotel: Im Standardsystem hätten sie 127.098,75 zl (~29.695,97 EUR) betragen, während sie tatsächlich nur 13.576,04 zl (~3.171,97 EUR) ausmachten.
Kosten für das Erwärmen von 1 Liter Wasser: Sinken von 11,48 Groszy (~2,68 Eurocent) auf nur 1,22 Groszy (~0,28 Eurocent).
Erzielte Einsparungen: Das Gesamtsystem führte zu einer tatsächlichen Kostenreduzierung von 113.522,71 zl (~26.524,00 EUR), was einer Gesamtersparnis der Betriebskosten von 89,3 % entspricht.
6. Zusammenfassung und Schlussfolgerungen
Die Implementierung des Systems führte zu vier zentralen Schlussfolgerungen. Erstens wurde der thermische Komfort im Gebäude vollständig aufrechterhalten. Der Einsatz vertikaler Showersave-Wärmetauscher und des FriWa-Moduls verhinderte unmittelbar, dass die Wärmepumpe die Gebäudeheizfunktion ständig zugunsten der Warmwasserbereitung abschalten musste. Die Verkürzung der Warmwasser-Bereitstellungszeit ermöglichte die Aufrechterhaltung der Idealtemperatur in den Gästezimmern selbst während der harten Winter im Riesengebirge.
Zweitens erwies sich die Integration als durchschlagender finanzieller Erfolg – bei den aktuellen Tarifen hätte das Fehlen der implementierten Lösungen (Wärmerückgewinnung und erneuerbare Energien) in Kombination mit den tatsächlichen Zirkulationsverlusten zu Ausgaben von rund 127.000 PLN (~29.700 EUR) allein für Warmwasser geführt, während diese Kosten nun bei nur etwa 13.500 zl (~3.170 EUR) liegen.
Drittens wurde die kompromisslose Qualität von Showersave bestätigt. Der störungsfreie Betrieb des Systems seit 2013 positioniert die von Showersave eingesetzte Grauwasser-Wärmerückgewinnungstechnologie als eine der zuverlässigsten Komponenten erneuerbarer Energiesysteme. Über dreizehn Jahre wartungsfreien Betriebs, kombiniert mit der Entwicklung neuer Modelle mit einem Wirkungsgrad von über 70 %, eröffnen greifbare Einsparpotenziale für weitere Investitionen im HoReCa-Sektor. Viertens hat sich die Investition als zeitlos erwiesen.
Die Integration von Wärmepumpe, Photovoltaikmodulen, Frischwassermodul und Abwasser-Wärmerückgewinnung gewährleistet niedrige Betriebskosten, Widerstandsfähigkeit gegenüber Energiekrisen und einen hohen Grad an Unabhängigkeit für gewerbliche Objekte. Die 2013 von Piotr Leszek entworfenen Installationen stellten zu jener Zeit ein seltenes Beispiel technologischer Weitsicht dar und setzten moderne Entwicklungstrends für den gesamten Hotel- und Gastgewerbesektor.
Alle oben genannten Daten basieren auf der kontinuierlichen Überwachung von Wärmemengenzählern und über 13 Jahren störungsfreien Betriebs der von EOD Technologies Sp. z o.o. installierten Systeme, basierend auf einem Entwurf von Piotr Leszek.
Entwurf von Piotr Leszek (p.leszek@eod-technologies) . Ausgeführt von EOD Sp. z o.o. im Jahr 2013. www.eod-technologies.eu
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