Wie man mit 4°C heizen kann

Nah und Fernwärmerohre_Energy-Mag

Kalte Nah- und Fernwärmenetze rücken in immer greifbarere Nähe. Zunächst einmal klingt schon die Bezeichnung kalte Nah- bzw. Fernwärme etwas paradox, bei genauerer Betrachtung jedoch wird das Potenzial eines solchen Netzes auf niedrigem Temperaturniveau deutlich. Sogenannte kalte Nah- bzw. Fernwärme sind Wärmenetze auf einem tiefen Temperaturniveau mit ca. 4°C, nur knapp über dem Gefrierpunkt also. Wie kann man mit einer solchen Kälte wärmen?


Der Hintergrund: Aus Sicht des stetig steigenden globalen Energiehungers müssen die vorhandenen Ressourcen effektiver genutzt werden. Aus diesem Grund versuchen Ingenieure schon seit Anfang der 70er Jahre sogenannte kalte Wärmenetze aufzubauen, wo, von einem niedrigen Temperaturniveau aus startend die Wärme mittels einer – üblicherweise – Wärmepumpe auf ein brauchbares Niveau „gehievt“ wird ( Lesen Sie hierzu: Die Wärmepumpe – vom Kühlschrank gelernt >> ).

Tendenziell wurden die Nah- und Fernwärmenetze immer tiefer betrieben um die über die Temperaturspreizung zu fördernde Wassermenge gering zu halten und um eine optimale Brennwertausnutzung an der Wärmeerzeugung sicher zu stellen. Die wesentliche Motivation zur Entwicklung solcher Netze kam aus Gründen der Kostenoptimierung und der eventuell nicht vorhandenen Möglichkeit einer Geothermieerschliessung.

kaltes Nahwärmenetz_Energy-Mag
Kalte Nah- und Fernwärmenetze werden entscheidend zur Energiewende beitragen. Doch wie kann man mit kalten Netzen heizen?

So funktioniert das kalte Wärmenetze

Die kalte Nah- und Fernwärme (kNuF-Netze) benötigt wie alle Wärmenetze eine Energiequelle, eine Technikstation, ein Verteilnetz und bei den Abnehmern im Heizfall in der Regel eine Temperaturanhebung üblicherweise mittels einer Wärmepumpe. Durch das tiefe Temperaturniveau stehen eine Vielzahl an Wärmequellen und Kombinationen zur Verfügung.

Nehmen wir die gängigste und fast überall einsetzbare Kombination aus Geothermie- und atmosphärischer Energie (Luft oder Wasser) an. Hier wird nicht nur eine kostenlose Energiequelle verwendet, sondern ein Mix der die jeweilige Energiequelle optimieren kann.

Die Kombination macht den Unterschied

Wird ein geothermisches Sondenfeld in der Heizperiode einseitig (monovalent) betrieben so wird seine Kapazität schnell erschöpft sein.

Sind zum Beispiel während einer Heizperiode in den meisten Regionen genügend Tage mit einer Außentemperatur von über +4°C (bedeutet 100% atmosphärische Energie) bzw. über 7°C (bedeutet 100% Abdeckung über atmosphärische Energie und Regeneration des Sondenfeldes) dabei, kann das Sondenfeld ca. 30% geringer ausgebildet werden.

Ein weiteres wesentliches Merkmal ist die Summeneffizienz im Verhältnis zu Einzelherstellungen.

Ein Rechenbeispiel: An das Sondenfeld sollen 50 Wohneinheiten angeschlossen werden. Im berechneten Fallbeispiel müssten 2,5 Bohrungen hergestellt werden. Dies ist natürlich in einer Einzelbeauftragung nicht möglich, daher werden pro Wohneinheit 3 Bohrungen á 70 lfdm. gebohrt. In einem Verbund wie es in einem Sondenfeld der Fall ist werden bei 50 WE x 2,5 = 125 Bohrungen errichtet, bei Einzelbeauftragungen werden 150 Bohrungen errichtet. Macht eine Einsparung von 25 Bohrungen.

Auch Einspeisungen bzw. Rückspeisungen aus Gewerbe- und Industrieabwärme sind eine anzustrebende Variante. In all diesen Fällen müssen zu keiner Zeit Brennstoffe eingekauft werden.

Nah und Fernwärmerohre_Energy-Mag
Fernwärmerohre vor der Verlegung mit den noch aufgerollten Kupferdrähten in der gelben Wärmedämmung, nordisches System (Quelle: Wikipedia).

Technik und Verteilernetz

Die Technikstation besteht aus einer Fördereinheit (Pumpe) und der entsprechenden Verteiler- und Schalteinheit. Weiterhin ist in dieser Technikstation der Wärmetauscher für die atmosphärische Energieförderung enthalten. Die Technikstation ist modular aufgebaut und kann auch variabel (wie eine Trafostation) in Wohngebieten aufgestellt werden. In dieser Einheit befindet sich die MSR Technik welche die Fehler- bzw. Abrechnungsübertragung vornimmt.

Technikstation

Das Verteilnetz ist ein klassisches Pumpen-Warm-Wasser-Rohrnetz welches durch sein tiefes Temperaturniveau weitere Vorteile bietet. Ein wesentlicher ist, dass die Rücklaufleitung nicht wärmegedämmt werden muss und zugleich als Flächenkollektor fungiert. Auch die Vorlaufleitung muss nur minimal gedämmt werden und kann somit über ein günstiges Schuss- oder Bohrverfahren variabel hergestellt werden.

Individuelle Temperaturanhebung

Die Temperaturanhebung wird vor Ort individuell mittels Wasser-Wasser oder Wasser-Luft Wärmepumpe vorgenommen. Das bringt den Vorteil, dass jeder Nutzer eine individuell auf seine Anlage abgestimmte Temperaturanhebung vornehmen kann. Somit können EER (Energy Efficiency Ratio) von mehr als 6 leicht erreicht werden.

Das Netz als Baukasten

Der Errichter des Nahwärmenetzes muss bis zur Anbindung des letzten Nutzers eine Wärmeversorgung gewährleisten und somit vorhalten, was die Wirtschaftlichkeit des Wärmenetzes oft in Frage stellt.

Das Verlangen der Verbraucher nach alternativen und günstigen Energiequellen ist vorhanden, dies zeigen auch entsprechende Umfragen, jedoch ist es fast unmöglich in einem Bestand gleichzeitig alle „unter einen Hut zu bekommen“.

Die Lösung für dieses Problem ist eine modulare und individuelle Aufbauweise des gesamtem Netzes. So kann bei einer sofortigen Grundauslastung von ca. 30% ein kNuF-Netz auch aus wenig mehr als 30% Inzest hergestellt werden.

Kommen nun im Laufe der Zeit die Nutzer im Bereich des Nahwärmenetzes hinzu, da ihr Heizungssystem nun ausgedient hat oder die genutzte Energieart unbezahlbar wird, kann das Netz erweitert werden und die Technikstation im Tausch umgerüstet werden.

Das kNuF-Netz wird somit modular und kann flexibel auch im Hinblick auf die Kosten angepasst werden und liefert immer die höchste Effizienz in Sachen Energie und Kosten.

Ein schier unerschöpfliches Potenzial

Die Potentiale solcher Netze sind fast unerschöpflich, sie bilden einen Verbund aus verschiedenster Energiequellen und Energienutzer (Serverräume/Heizen/Bürogebäude). Auch werden Hotspots wie sie z.B. bei der Grundwassernutzung in München durch eine ausgeglichene Energiebilanz vermieden.

Auch die Nutzung von Kälteenergie in den Sommermonaten heben kNuF-Netze von den klassischen Systemen ab. Hier kann im Gegensatz zu der Heizperiode das tiefe Temperaturniveau auch direkt zum Kühlen verwendet werden und macht es somit für Büro, Gewerbe und Industrie interessant. Bei dieser Nutzung wird das Netz im Winter und im Sommer genutzt und erhöht somit die Wirtschaftlichkeit.

Die steigende Weltbevölkerung bringt die Nachfrage nach Lebensmitteln mit sich. Hier sind derzeit Testanlagen zur Frostfreihaltung von Gewächshäusern mit kNuF-Netzen am Laufen. Diese bieten nun die Möglichkeit den Ernteintervall zu erhöhen und Gebiete zu erschließen die im Moment nicht nutzbar sind, wie beispielsweise in Colorado, USA.

colorado-straße-energy-mag
Irgendwo in Colorado. Mit kalter Nah- und Fernwärme kann man auch Straßen kühlen (oder heizen).

Einfach auch die Strasse heizen

Ein oft nicht wahrgenommener Vorteil bietet die Straßen-Heizung bzw. Kühlung welche direkt betrieben werden kann. Hier wird eine Straßenheizung eingebaut um in den Wintermonaten die Straße schnee- und eisfrei zu halten. Oder umgekehrt in den Sommermonaten, hier wird der heiße Asphalt gekühlt, um die Lebensdauer der Straße wesentlich zu verlängern, was dem Betreiber schnell Kosten in sechsstelliger Höhe erspart.

Man sieht kNuF-Netze haben vielfältige Vorteile und ihr Potenzial wird gerade erst von wenigen Ingenieuren erkannt und ausgebaut. Es lohnt sich seiner Zeit ein wenig voraus zu sein.

Quelle: Jürgen Falliano; Consultant of Energy Efficiency Solutions

Lesen Sie hierzu auch unseren Artikel: Das kalte Netz – die Wärme-Revolution aus der Provinz >>

Das könnte Sie auch interessieren:

Kommentar verfassen

%d Bloggern gefällt das: