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Rosensteinquartier in Stuttgart

Das Rosensteinquartier in Stuttgart besticht durch ein zukunftsweisendes Heiz-, Kühl- und Stromkonzept und setzt dabei auf Sektorkopplung. Zum Einsatz kommen u.a. eine Großwärmepumpe, ein BHKW, eine Photovoltaik-Anlage.

Rosensteinquartier Stuttgart. Bild: © Holger Leicht/Siedlungswerk GmbH Wohnungs- und Städtebau, Steffen Schmid

Modernes Wohnquartier mit innovativem Energiesystem von Viessmann

Die Siedlungswerk GmbH Wohnungs- und Städtebau setzt im sogenannten Rosensteinviertel in Stuttgart die Erschließung und den Bau von 500 Wohnungen um, die von einem multivalenten Energiesystem aus dem Hause Viessmann mit Wärme, Kälte und Strom versorgt werden.

Der erste Bauabschnitt wurde auf dem Gelände des ehemaligen pharmazeutischen Betriebs Haidle & Maier, dem sogenannten „Schmidtgen-Areal“, im neuen Stadtteil Stuttgart-Rosenstein im Jahr 2017 realisiert. Das Baugrundstück an der Nordbahnhof- und Eckartstraße umfasst ca. 8.600 m². Hier entstanden 125 Wohneinheiten mit einer Gesamtwohnfläche von rund 11.400 m² als KfW Effizienzhäuser 55.

Das Areal in unmittelbarer Nähe zum Fernverkehrsbahnhof S21 liegt direkt am parkähnlichen Pragfriedhof, in unmittelbarer Nähe zum neuen Europa-Viertel und zu der sogenannten „Entwicklungsfläche Rosenstein“, den freigewordenen Gleisflächen. Von dort kann auf kurzem Fußweg der Schlossgarten erreicht werden. Die Stadtbahn hält neben dem Quartier und bringt die Bewohner in wenigen Minuten direkt zum Schlossplatz mitten ins urbane Zentrum der Landeshauptstadt.

Den im Frühjahr 2012 ausgelobten Architektenwettbewerb für den ersten Teil der Bebauung konnte das Büro Ackermann+Raff aus Stuttgart und Tübingen für sich entscheiden. Auf dem unmittelbar in Richtung Süden angrenzenden ehemaligen Staiger-Areal (Ecke Nordbahnhof-/Friedhofstraße) plante das Siedlungswerk einen zweiten Bauabschnitt, den KBK Architekten GmbH Belz Lutz aus Stuttgart als Sieger eines zweiten Architekturwettbewerbs mit Baubeginn im Jahr 2018 realisierten.

Gasbrennwertkessel Vitocrossal 300 (links) und BHKW Vitobloc 200. Bild: © Holger Leicht/Siedlungswerk GmbH Wohnungs- und Städtebau, Steffen Schmid

Perfekt abgestimmtes Energiekonzept

Die Wohngebäude des Rosensteinquartiers wurden nach den Förderrichtlinien der KfW-Bank als Effizienzhäuser 55 (EnEV 2014) erstellt und sind für einen Primärenergiebedarf zwischen 27,4 bis 31,5 kWh/m2 beheizter Fläche pro Jahr ausgelegt. Um diese Werte zu erreichen, setzten Bauherrin und Energieplaner auf ein zukunftsweisendes Heiz-, Kühl- und Stromkonzept mit perfekt aufeinander abgestimmten Komponenten von Viessmann, das mit einer günstigen Energiebilanz und dem reduzierten Einsatz fossiler Brennstoffe bei minimalem CO2-Ausstoß einhergeht. 

Dabei setzt man in dem modernen Wohnquartier auf das Prinzip der Sektorkopplung: Neben einem Eis-Energiespeicher als primäre Energiequelle zum Heizen und Kühlen versorgen eine Großwärmepumpe, ein Gas-Brennwertkessel sowie ein Blockheizkraftwerk (BHKW) und eine Photovoltaik-Anlage den Gebäudekomplex mit Wärme, Kälte und Strom. Urbanes Wohnen ohne eigenes Auto ist hier ganz einfach möglich, indem die Bewohner ein Car-Sharing-System mit Elektrofahrzeugen nutzen. Die zum Aufladen der E-Mobile benötigte Elektrizität wird von dem BHKW und den Photovoltaik-Modulen direkt im Quartier selbst erzeugt.

Hocheffizientes Zusammenspiel aller Komponenten

Im Untergeschoss der Wohnanlage ist die Heizzentrale untergebracht, deren Herzstück ein BHKW Vitobloc EM 50/81 bildet. Das BHKW arbeitet nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung: Ein langlebiger, erdgasbetriebener Motor erzeugt in einem gekoppelten Prozess Wärme und Strom. Dabei wird mechanische Energie in Elektrizität umgewandelt und als Antriebsenergie für die Wärmepumpe Vitocal 350-G zum Heizen und Kühlen genutzt. Die thermische Energie dagegen wird über einen an das BHKW gekoppelten Wärmetauscher Vitotrans 200 aufgenommen und zur Raumheizung oder Warmwasserbereitung verwendet.

Bei Spitzenlasten, wie zum Beispiel an kalten Wintertagen, wird die Anlage durch eine moderne Gas-Brennwertanlage Vitocrossal 300 mit einer Leistung von 605 kW unterstützt. Das perfekte Zusammenspiel aller Komponenten ermöglicht es, dass die Heizwärme und ein Teil des elektrischen Energiebedarfs direkt aus dem Quartier selbst gewonnen werden kann. Das reduziert die Energiekosten und macht unabhängiger von öffentlichen Energieversorgern.

Innovatives Eis-Energiespeicher-System

Am südlichen Ende des ersten Bauabschnitts der Wohnanlage wurde im Erdreich ein Eis-Energiespeicher mit Viessmann-Technik verbaut. Der ca. 17 Meter lange, 9 Meter breite und 6 Meter tiefe Betonquader ist mit rund 800 m³ Wasser gefüllt und dient als Langzeit-Energiespeicher für die Wärmepumpe: Während der Heizperiode entzieht diese dem Eisspeicher so lange Energie, bis das Wasser darin größtenteils gefroren ist. Dabei nutzt sie die sogenannte Kristallisationsenergie, die frei wird, wenn Wasser zu Eis gefriert. Bei diesem Prozess wird dieselbe Energiemenge bereitgestellt, die benötigt wird, um einen Liter Wasser von 0 °C auf 80 °C zu erwärmen. Die so gewonnene Energie wird während der Heizperiode in die Fußbodenheizung der Wohngebäude eingespeist.

Im Regenerationsbetrieb wird das Eis wieder aufgetaut. Dieser Wechsel des Aggregatzustandes kann beliebig oft wiederholt werden und die Technik ist nahezu wartungsfrei. Am Ende der Heizperiode wird gezielt Eis gebildet, das an heißen Tagen als Kältequelle für die Gebäudekühlung zur Verfügung steht. Über sogenannte Solar-Luftabsorber können im Sommer die niedrigeren nächtlichen Außentemperaturen dazu genutzt werden, um das Wasser im Speicher oder das Gebäude selbst zu kühlen.

Eis-Energiespeicher-Systeme von Viessmann sind genehmigungsfrei und selbst in Wasserschutzgebieten einsetzbar. Die Nutzung der Kristallisationsenergie und die Kombination der drei Energiequellen Umgebungsluft, solare Einstrahlung und Erdreich garantieren eine hohe Effizienz.

Wärmepumpe Vitocal Bild: © Holger Leicht/Siedlungswerk GmbH Wohnungs- und Städtebau, Steffen Schmid

Intelligentes Energiequellenmanagement

Ein intelligentes Energiequellenmanagement sorgt für das zuverlässige, effiziente Zusammenspiel von Eis-Energiespeicher, Solar-Luftabsorbern und Wärmepumpe. Das bedeutet, es werden alle relevanten Anlagendaten kontinuierlich ausgewertet. Die Ergebnisse bilden die Basis eines Berichtswesens, das durch ein Expertenteam erstellt und an den Anlagenbetreiber übermittelt wird. Durch Berücksichtigung individueller Anforderungen werden bspw. die Leistungszahlen der Wärmepumpe optimiert. Ergebnis ist ein möglichst geringer Verbrauch elektrischer Energie und eine entsprechend attraktive Jahresarbeitszahl.

Mit Hilfe von Handlungsempfehlungen können das Anlagenpotenzial bestmöglich ausgeschöpft und somit Betriebskosten eingespart werden.

Kostenlose Sonnenenergie durch Solarthermie und Photovoltaik

Auf vier von sieben Gebäuden des ersten Bauabschnitts sind auf den Flachdächern die sogenannten Solar-Luftabsorber installiert. Die insgesamt 351 Quadratmeter große Anlage speist im Sommer die gewonnene Solarenergie in den gefrorenen Eisspeicher ein und taut diesen wieder auf, damit er zur Heizperiode regeneriert ist. Die Regeneration erfolgt immer dann, wenn der Absorber wärmer als der Eisspeicher ist, also auch an einem milden Wintertag.

Bei den Solar-Luftabsorbern handelt es sich um offene, unverglaste Kollektoren. Sie nutzen die Wärme aus Umgebungsluft und Sonneneinstrahlung, die zur Regeneration des Eisspeichers und als direkte Wärmequelle für die Wärmepumpe dient. Unverglaste Solar-Luftabsorber eignen sich für das Eis-Energiespeicher-System besonders gut, weil sie auch bei niedriger Lufttemperatur und fehlender Sonneneinstrahlung Energie für das System bereitstellen. Dabei nutzen sie kontinuierlich kostenlose Umweltwärme – nachts aus der Umgebungsluft und tagsüber zusätzlich aus der Sonneneinstrahlung.

Zwei weitere Flachdachflächen werden mit Hilfe einer 408 Quadratmeter großen Photovoltaikanlage zur Gewinnung elektrischer Energie genutzt. So können durch die Nutzung der Sonnenenergie jährlich rund 260 Tonnen CO2 eingespart werden. Das entspricht zwei Millionen PKW-Kilometern pro Jahr.

Die Photovoltaikanlage liefert außerdem Strom für die Gebäudelüftung, die Aufzüge und die Beleuchtung sowie den E-Fahrzeug-Pool. 

Innovatives Mobilitätskonzept

Mobilität ist nach dem Wohnen ein weiteres Grundbedürfnis des Menschen. Im Rahmen des Forschungsverbundes Schaufenster Elektromobilität „LivingLab BWe mobil“ der Bundesrepublik Deutschland hat das Siedlungswerk darum ein individuelles Mobilitätskonzept für das neue Wohnquartier entwickelt.

Das Angebot eines E-Fahrzeug Sharings direkt am Wohnort bietet neue Mobilitätsmöglichkeiten und ist eine umweltfreundliche Alternative zum eigenen Auto. Dafür wird der im Quartier erzeugte Strom zunächst in dem Batteriesystem gespeichert und bei Bedarf an die Verbraucher in den Haushalten abgegeben bzw. zum Laden der E-Fahrzeuge verwendet, was sich positiv auf die Energiebilanz und den CO2-Ausstoß auswirkt. Denn durch die Elektrofahrzeuge werden nicht nur das Lärmaufkommen reduziert, sondern auch die Schadstoffemissionen gesenkt. 

Das innovative Mobilitätskonzept als wesentlicher Bestandteil des urbanen Wohnquartiers ist auf durchweg positive Resonanz gestoßen und hat bundesweite Beachtung gefunden. So konnten neue Kooperationen geschaffen und aufgezeigt werden, wie Elektromobilität sinnvoller Bestandteil eines effizienten Gesamtenergiekonzeptes sein kann.

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