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Theatersanierung:

innovatives Heizsystem setzt deutschlandweit Zeichen in Sachen Klimaschutz

Beginn der Geothermiebohrung mit Erstem Bürgermeister Bernd Stadel(r.) (Foto: Rothe)

Das Heidelberger Theater setzt in Sachen Klimaschutz deutschlandweit Zeichen: als erstes Theater wird es künftig mit einem innovativen Heizsystem arbeiten, das Erdwärme, Abwärmenutzung und Fernwärme kombiniert. Am 8. Februar 2010 begannen die Bohrungsarbeiten für die Erdwärmesonden. Oberbürgermeister Dr. Eckart Würzner: „Wir wollen mit dem neuen Theater nicht nur in kultureller Hinsicht Zeichen setzen. Auch in Sachen Umweltfreundlichkeit soll das sanierte und erweiterte Haus im Herzen unserer Altstadt Maßstäbe setzen. Die Kombination von Erdwärme, Abwärmenutzung und Fernwärme leistet dabei einen substanziellen Beitrag zum Klimaschutz, weil der Ausstoß von Kohlendioxid erheblich reduziert wird.“

Bei einem Vor-Ort-Termin am 11. Februar auf der Theater-Baustelle informierten Erster Bürgermeister Bernd Stadel, Architekt Felix Waechter und Dr. Brigitte Fickel vom Großspender HeidelbergCement über den Stand der Arbeiten. Baustoffe von HeidelbergCement werden bei der Geothermiebohrung und auch beim anschließenden Hochbau eingesetzt.

Die Ergebnisse der Probebohrung vom Sommer letzten Jahres bestätigen es: Der Standort des Heidelberger Theaters ist von der geologischen Beschaffenheit und der Wärmeleitfähigkeit her bestens geeignet für den Einsatz oberflächennaher Geothermie. Die erwartete Beschaffenheit des Untergrundes wurde bestätigt: Unter dem Theater liegt zunächst eine zehn Meter tiefe Schicht von Lockersedimenten über einer 90 Meter tiefen Schicht von Buntsandstein, aus dem beispielsweise auch das Schloss gebaut ist. Aufgrund der Ergebnisse der vorbereitenden Untersuchungen und der Probebohrung hat das Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau eine positive Stellungnahme abgegeben. Das Umweltamt der Stadt Heidelberg hat die erforderliche wasserrechtliche Erlaubnis erteilt. Grünes Licht für den Einsatz von Geothermie gab es auch von der Lenkungsgruppe zur Theatersanierung, in der die Stadtspitze, die Kämmerei, das Theater, das Bürgerkomitee zur Rettung des Heidelberger Theaters und die Gesellschaft für Grund- und Hausbesitz vertreten sind.

Wie funktioniert die Geothermie beim Heidelberger Theater?

Zunächst wird – unter Aufsicht eines mit der regionalen Geologie vertrauten Experten – eine Probebohrung auf 165 Meter Tiefe vorgenommen. Die entnommenen Bodenproben werden dem Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau zur Erweiterung der geologischen Landesaufnahme zur Verfügung gestellt. Zusätzlich zur bereits aus der ersten Probebohrung vorhandenen Erdwärmesonde mit einer Tiefe von 100 Metern sind neun weitere Sonden mit jeweils 165 Metern geplant. Die Bohrungen dauern vermutlich sechs Wochen.

Die entzogene Erdwärme wird mit Hilfe einer Wärmepumpe auf eine Nutzwärmetemperatur von zirka 37 Grad Celsius angehoben und in das Niedertemperaturnetz eingespeist. Die Niedertemperaturwärme wird in der Fußbodenheizung und in den Lüftungsanlagen eingesetzt.
Die Abwärme der Beleuchtung aus dem Bühnenturm und den Technikräumen wird über Wärmetauscher „eingefangen“ und ebenfalls dem Niedertemperatur-Heiznetz zur Verfügung gestellt. Zur Kostenoptimierung erfolgen die Nutzung der Erdwärme und die Nutzung der Abwärme aus dem Bühnenturm und den Technikräumen mit einer gemeinsamen Wärmepumpe. Das Niedertemperaturheiznetz und eine intelligente Kombination der Wärmequellen sorgen für eine sehr effiziente Arbeitsweise der Wärmepumpe. An kalten Tagen liefert zusätzlich die Fernwärme, die in Kraft-Wärme-Kopplung erzeugt wird und damit sehr klimaschonend ist, den Spitzenbedarf für die Heizung.

Mit denselben Geothermiesonden können im Sommer die Räume gekühlt werden. Der besondere Umweltnutzen ist dabei die Möglichkeit der direkten Kühlung – ohne Kältemaschine und mit geringem Stromverbrauch. Erst bei hohem Kältebedarf an heißen Tagen und während der Theatervorstellungen muss die Wärmepumpe, die im Sommer als Kältemaschine arbeitet, zugeschaltet werden. Aber auch dann arbeitet das System noch besonders effizien: Mittels der Geothermiesonden nutzt die Wärmepumpe die Erdwärme – man könnte im Sommer auch anschaulicher von Erdkälte sprechen – zur Rückkühlung und arbeitet so besonders stromsparend. Während herkömmliche Kälteanlagen die Außenluft zur Rückkühlung nutzen und im Sommer gegen die hohen Lufttemperaturen arbeiten müssen, verringert die niedrige Bodentemperatur von zirka zwölf Grad Celsius den Strombedarf des Aggregates. Ein weiterer Mosaikstein des Energiekonzeptes liegt im saisonal unterschiedlichen Betrieb: Im Kühlbetrieb im Sommer wird dem Boden Wärme zugeführt, die dann im Winter wieder der Wärmepumpe zum Heizen zur Verfügung steht.

Diese geschickte Kombination aus Geothermie, Wärmerückgewinnung und Fernwärme ist ein innovativer Beitrag zum Klimaschutz und wird im Heidelberger Theater erstmalig zur Anwendung kommen.

Ökologisch und ökonomisch vorteilhaft

Die Nutzung der Geothermie in Verbindung mit der Abwärmenutzung ist sowohl ökologisch als auch ökonomisch von großem Vorteil: Die Abwärme des Bühnenturms, speziell der Bühnenbeleuchtung, wird bei anderen Theatern üblicherweise über Klappen ins Freie geführt und ist somit verloren. Im neuen Heidelberger Theater wird diese Abwärme genutzt. Das ist deutschlandweit einzigartig und ein wichtiger Beitrag zum Klimaschutz: 100 Tonnen Kohlendioxid werden dadurch jährlich eingespart. Das entspricht den jährlichen Kohlendioxid-Emissionen für die Beheizung von 22 Einfamilienhäusern.
Die Gesamtinvestitionskosten der Anlage von 605.000 Euro bei einer jährlichen Energiekosteneinsparung von 44.000 Euro amortisieren sich nach 14 Jahren.

Im Betrieb zeichnen sich die Anlagen zur Nutzung der oberflächennahen Geothermie durch einen sehr geringen Wartungsaufwand und eine sehr lange Lebensdauer der Systeme aus. Die Grundinvestition in die Geothermie und Wärmerückgewinnung trägt deshalb maßgeblich zu einer höheren Wirtschaftlichkeit des künftigen Theaterbetriebs bei.

Was ist eigentlich Geothermie?

Geothermie ist die unterhalb der festen Erdoberfläche der Erde gespeicherte Wärmeenergie. Die oberflächennahe Geothermie nutzt im Gegensatz zur Tiefengeothermie das Temperaturangebot nur bis zu einer Tiefe von rund 400 Metern. Beim Heidelberger Theater wird bis 165 Meter gebohrt. Bei der Geothermie wird ausgenutzt, dass die Temperatur des Untergrundes mit der Tiefe zunimmt. Im Durchschnitt sind dies drei Grad Celsius auf 100 Meter (geothermischer Gradient). Bei einer Jahresmitteltemperatur von 8,5 Grad Celsius in Deutschland und einem geothermischen Gradienten von drei Grad Celsius auf 100 Meter beträgt die Temperatur in 100 Metern Tiefe in Deutschland etwa elf bis zwölf Grad Celsius. In Heidelberg sind es in dieser Tiefe 13,5 Grad Celsius. Diese Temperatur reicht aus, um Gebäude mit Hilfe einer Wärmepumpe in der kalten Jahreszeit zu beheizen, und sie ist gleichzeitig niedrig genug, um sie im Sommer zu kühlen.

Die Nutzung der Geothermie gehört zu den am stärksten eingesetzten erneuerbaren Energieträgern: Rund 170.000 Erdwärmepumpen sind mittlerweile in Deutschland in Betrieb und erzeugen umweltfreundlich Energie; jährlich kommen rund 30.000 weitere hinzu. In der Schweiz werden bereits 30 Prozent der Haushalte mit Erdwärme versorgt. Für den Antrieb der elektrischen Wärmepumpen wird Strom benötigt. Nur wenn mittels einer Kilowattstunde Strom mehr als dreieinhalb Kilowattstunden Nutzwärme erzeugt werden, zeigen Wärmepumpensysteme ihre Umwelt- und Kostenvorteile. Dazu müssen sehr gute Komponenten eingesetzt werden, Erdwärmesonden ausreichend dimensioniert sein, ein Niedertemperatur-Heizsystem vorhanden sein und die Regelung optimal funktionieren. Stimmt nur einer der Faktoren nicht, kehren sich die Vorteile ins Gegenteil. Gerade im durchdachten Gesamtkonzept liegt die besondere Stärke beim innovativen Heiz- und Kühlsystem für das Heidelberger Theater.

Spezialbaustoffe von HeidelbergCement

Für die Nutzung der Geothermie bei der Theatersanierung liefert HeidelbergCement den Spezialbaustoff Thermocem. Thermocem ist ein Fertigbaustoff mit besonders hoher Wärmeleitfähigkeit, der nach dem Einbau der Sonden in den verbleibenden Ringraum des Bohrloches eingebracht wird. Die sichere Einbettung der Sondenrohre mit Thermocem garantiert die Anbindung an das Erdreich und somit einen optimalen Wärmetransport an die Oberfläche.