Energiekonzept für Supermarkt
Energieeffiziente Discounter-Filiale nutzt Tageslicht und Erdreichkälte

Aldi Süd erprobt mit einer neuen Filiale in Rastatt die „Energiesparfiliale der Zukunft“. Damit will der Discounter gegenüber Standardmärkten 30 Prozent Energie einsparen. Dies ist nur möglich mit einer sinnvollen Kombination zahlreicher Einzelmaßnahmen im Bereich Kälteerzeugung, Kühlmöbel, Gebäudehülle und Haustechnik. Der Discounter beabsichtigt diejenigen Bausteine des Konzepts, die sich in diesem Pilotvorhaben bewähren, in die Standardbaubeschreibung für neue und zu sanierende Märkte zu übernehmen.

Der Discounter Aldi Süd errichtet oder saniert in Deutschland jährlich etwa 100 Filialen. Dabei setzt er auf einen einheitlichen Qualitätsstandard, der sich sowohl in der Architektur als auch in der anlagentechnischen Ausstattung der Märkte widerspiegelt. Energieeffizienz und Komfort sind schon länger ein Thema der Filialentwickler. So gehören nach Angaben des Discounters die Abwärmenutzung aus den Gewerbekälteanlagen ebenso zum Standard wie Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung sowie ein flächendeckendes Energiemonitoring. Mit der neuen Filiale in Rastatt wird beispielhaft eine Primärenergieeinsparung von 30 Prozent angestrebt.

Forschungsfokus

Der Betrieb des Supermarkts wurde im Rahmen eines zweijährigen wissenschaftlichen Monitorings energetisch analysiert und optimiert. Im Mittelpunkt standen die Evaluierung der neuartigen CO₂-Kälteanlage und das Zusammenspiel ihrer unterschiedlichen Komponenten unter variierenden Betriebsbedingungen. Von Interesse dafür war auch die Regelung der Druck- und Temperaturniveaus auf der Hochdruckseite der Anlage. Ein eigens für das Projekt erarbeitetes Konzept erlaubt es, die wichtigsten Verbrauchs- und Effizienzindikatoren automatisiert zu überwachen.

Die Temperaturniveaus der thermisch aktivierten Betonplatte und der Lüftungsanlage beeinflussen die Energieeffizienz und den thermischen Komfort im Supermarkt maßgeblich. Die thermische Kopplung mit dem Erdreich wurde unter Berücksichtigung energetischer und wirtschaftlicher Kriterien analysiert, um die Mehrinvestitionen zu bewerten, die mit dem Bau der Geothermie-Anlage verbunden waren. Das Tageslichtsystem und die tageslichtabhängige Kunstlichtregelung wurden hinsichtlich einer verbesserten Energieeffizienz und eines für den Kunden optimalen visuellen Komforts analysiert und optimiert.

Gebäudekonzept

Der Neubau wurde als sehr energieeffizientes Gebäude geplant und gebaut. Er unterscheidet sich von außen kaum von einer Standardfiliale des Discounters, wohl aber gibt es große Unterschiede in der verwendeten Anlagentechnik und in der Baukonstruktion. Der Markt hat Fassaden aus sehr gut wärmegedämmten Betonfertigteilen sowie eine neuartige Dachkonstruktion aus Brettschicht-Holzbindern. Der Blower-Door-Test ergab eine Luftwechselrate unter 0,5 pro Stunde.

28 gleichmäßig verteilte Dachkuppeln bringen Tageslicht in den Verkaufsraum. Zusammen mit dem auf niedrigstes Niveau geregelten Kunstlicht reichen sie aus, um in 1,30 Meter Höhe Beleuchtungsstärken bis zu 700 Lux zu erzielen. Die Dreifach-Verglasungen dieser Kuppeln sind im Scheibenzwischenraum mit Mikrorastern versehen. Diese lassen nur das diffuse Licht in den Innenraum und ermöglichen trotzdem einen Durchblick zum Himmel. Tageslichteinfall und Wärmelast im Jahresverlauf wurden in der Planungsphase umfassend berechnet bzw. simuliert. Die hölzerne Dachschalung ist sichtbar und ermöglicht eine gute Lichtverteilung im Raum.

Energiekonzept

Zentrales Element des Energiekonzepts ist die monovalente, geothermisch gestützte CO₂-Kälteverbundanlage. Sie übernimmt die gesamte Wärme- und Kälteversorgung und ersetzt damit andere Wärmeerzeuger oder Klimageräte. Die Anlage sorgt für Gewerbekälte auf drei verschiedenen Temperaturniveaus: in den Kühlregalen und Kühltruhen im Verkaufsbereich, in den Kühlzellen im Lagerbereich und für Klimakälte. Daneben dient sie auch zur Raumbeheizung.

Die kritische Temperatur ist ein entscheidender Faktor für eine energetisch effiziente Prozessführung. Bei Kohlendioxid liegt sie mit 31°C im Vergleich zu anderen Kältemitteln auf einem niedrigeren Temperaturniveau. Oberhalb des kritischen Punktes kann Kohlendioxid nicht mehr verflüssigt werden. Zudem ist für die Energieeffizienz die Temperatur entscheidend, mit der das Kohlendioxid aus dem Wärmeübertrager austritt. Je niedriger diese Temperatur, umso höher ist die erreichbare Leistungszahl. Die Einbindung einer Erdsonden-Anlage in den Verbund und die damit verbundenen tieferen Temperaturen der Wärmesenken sollen dies unterstützen. Im Winter wird die Erdsonden-Anlage als Wärmequelle für eine im Verbund integrierte Wärmepumpenschaltung verwendet. Damit die Erdsonden-Anlage kostengünstig und langfristig betriebssicher ist, muss für das Erdreich das Verhältnis zwischen Wärmeentzug und Wärmeeintrag in der Jahresbilanz ausgeglichen sein.

Die bei Aldi Süd bereits standardmäßige Be- und Entlüftung mit Wärmerückgewinnung wurde im Hinblick auf Luftmengen und Effizienz optimiert. Die Luftmenge wird auf die hygienische Mindestluftmenge CO₂-abhängig geregelt. Die Übergabe von Wärme und Kälte erfolgt über eine thermoaktive Bodenplatte in den Verkaufs- und Lagerbereichen und über eine Fußbodenheizung im Sozialbereich. Das Vorheizen und Vorkühlen der Zuluft übernimmt die Verbundkälteanlage. Insgesamt sind die einzelnen Subsysteme sowohl in der Auslegung als auch im Betrieb auf den Kälteverbund angepasst, um diesem einen möglichst hohen Nutzungsgrad zu ermöglichen.

Performance und Optimierung

Der Primärenergieverbrauch für Kälte, Lüftung, Heizung, Klima und Beleuchtung lag im Jahr 2012 klimabereinigt bei 387 kWh/m²a und damit etwa 5% unter dem Vorjahreswert und 23% unter dem Verbrauch einer Standardfiliale, erreicht aber nicht die Planungsziele. Der größte Einspareffekt gegenüber 2011 wurde mit 10% bei den Beleuchtungsanlagen erreicht. Optimierungsmaßnahmen im Kälteverbundsystem haben den Energieverbrauch um 3% reduziert. Eine Analyse des thermischen Komforts hat gezeigt, dass sowohl im Winter als im Sommer im Supermarkt ein guter Raumkomfort erreicht werden konnte.

Die zunächst sehr konservativ geregelte Kälteanlage wurde um eine außenlufttemperaturabhängige Regelung des Hochdrucks im subkritischen Betrieb ergänzt. Dies steigerte die Energieeffizienz bei der Kälteerzeugung, der Zielwert von 256 kWh/m²a wurde jedoch nicht erreicht. Weitere Optimierungen in der Auslegung wichtiger Komponenten und in der Schaltung der unterschiedlichen Kühlstellen wurden in einer zweiten Generation einer ähnlichen Kälteanlage in einem anderen Supermarkt bereits implementiert. Die ersten Messergebnisse dort zeigen, dass die Zielwerte erreicht werden können.

Bei den Beleuchtungsanlagen lag der spezifische Primärenergieverbrauch im ersten Betriebsjahr mit 101 kWh/m²a etwa 22% oberhalb der in der Planung gesteckten Zielwerte. Dies lag zum größten Teil daran, dass ursprünglich vorgesehene Zeitpläne nicht eingehalten wurden. Eine Anweisung des Betriebspersonals durch den Supermarktbetreiber bewirkte deutliche Energieeinsparungen.

Im Bereich der Hydraulik wurde der Energieverbrauch durch den Einsatz kleinerer Pumpen gesenkt. Die Zeitsteuerung der Lüftungsanlage wurde genauer an den tatsächlichen Ladenbetrieb angepasst.

Wirtschaftlichkeit

Durch das neue Energiekonzept wurde eine Reduktion der Betriebskosten für die haustechnische Anlagen gegenüber einer Standard-Filiale in Höhe von ca. 35% berechnet. Hinweis: In KG 400 sind nutzungsspezifische Anlagen (KG 470) enthalten, vgl. Tabelle "Kosten". 

Projektkenndaten