Auf dem Standort eines alten Zementwerks am Rheinufer steht heute ein als „Bonner Bogen“ bekannter Komplex aus mehreren Bürogebäuden, Hotel und Restaurant. Versorgt wird das Quartier über einen Aquiferwärmespeicher im Untergrund, der im Winter Wärme für die Wärmepumpe und im Sommer Kälte bereitstellt. Über mehrere 28 Meter tiefe Brunnen wird das Grundwasser im Untergrund nutzbar gemacht.
Herausforderung
Zur Wärme- und Kälteversorgung wird ein Grundwasseraquifer, also eine grundwasserführende Gesteinsschicht im Untergrund genutzt. Das dort vorhandene Grundwasser wird über Brunnen an die Oberfläche gefördert, oberirdisch thermisch genutzt und anschließend wieder in den Untergrund zurückgeführt. Neben der Nutzung zur Wärmeerzeugung kann das Grundwasser im Sommer mit überschüssiger Wärme aufgeheizt und die Wärme dadurch im Untergrund über Monate zwischengespeichert werden. Am Bonner Borgen werden dafür die Schotter der Rhein-Niederterrasse genutzt. Damit die im Sommer eingespeiste Wärme bis in den Winter gespeichert werden kann sind spezielle Kenntnisse über den Untergrund essenziell. Mithilfe eines dreidimensionalen Grundwasserströmungs- und Wärmetransportmodells konnte der Anlagenbetrieb simuliert werden, wodurch die eingespeicherte Wärme nicht im Untergrund verloren geht.
Ziel des Projekts
Ziel des Projekts war es, für die ca. 60.000 Quadratmeter Gebäudefläche ein nachhaltiges Energie- bzw. Wärmeversorgungssystem zu entwickeln, das Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen und Brennstoffpreisen ermöglicht. Dabei sollte das Grundwasser nicht beeinflusst werden.
Besonderheiten
Im Bonner Bogen wird der Untergrund nicht nur zum Heizen genutzt, sondern auch zum Kühlen. Rund 80 Prozent des Kältebedarfs werden so abgedeckt. Gleichzeitig steigt durch die im Sommer eingespeicherte Wärme die Effizienz der Anlage in der Heizperiode und der Grundwasserleiter kühlt mit der Zeit nicht immer weiter aus.
Neben den Wärmepumpen für die Gebäudebeheizung wurde 2023 eine zusätzliche Hochtemperaturwärmepumpe installiert, um den bisherigen Verbrauch fossiler Brennstoffe (Erdgas) für die Warmwassererzeugung des Hotels zu ersetzen. Zur Temperaturregulierung in den Gebäuden wird die Gebäudemasse genutzt (Baukerntemperierung) und deckt so die Grundlast. Die individuelle Temperierung einzelner Räume wird durch eine Kopplung mit Bodenkonvektoren ermöglicht. Durch diese Niedertemperaturheizung wird ein effizienter Betrieb der Wärmepumpe erreicht.
Eine hydraulische Trennung des Gebäudeversorgungssystems schützt den Grundwasserkreislauf zudem vor Schadstoffeinträgen.
Erfolge
Die seit der Installation im Jahr 2009 laufende Anlage ermöglicht eine weitestgehende Unabhängigkeit von den zwischenzeitlich stark gestiegenen Energiepreisen und ist außerdem eine der größten ihrer Art in Europa.
Auch der Grundwasserspiegel ist abgesichert: Er wird durch die Rückführung des entnommenen Wassers nur minimal beeinflusst und auch die Energiebilanz zwischen im Winter entnommener und im Sommer zurückgeführter Wärme ist über das Jahr ausgeglichen.
Mit den kontinuierlichen Optimierungen, der Nutzung von Ökostrom als Primärenergie und der Reduzierung des Gasverbrauchs, wird eine klimaneutrale Versorgung des Areals angestrebt.
