Unterschiede zwischen klassischen Wärmenetzen und kalten Nahwärmenetzen

Was sind die technischen Unterschiede?

Der Hauptunterschied zwischen klassischen Wärmenetzen und kalten Nahwärmenetzen ist die Betriebstemperatur des Netzes: Während klassische Wärmenetze bei Vorlauftemperaturen von rund 70 °C und mehr betrieben werden, liegen die Temperaturen bei kalten Nahwärmenetzen bei rund 5-35 °C. Dies bedeutet, dass das Temperaturniveau bei kalten Nahwärmenetzen nicht ausreicht, um die Wärme aus dem Netz durch Wärmeübertrager ins Gebäude zu übertragen. Bei kalten Nahwärmenetzen wird daher in jedem Gebäude eine Wärmepumpe installiert, welche das Temperaturniveau der Wärme anhebt. Die unterschiedlichen Konzepte sind in Abbildung 1 gegenübergestellt.

Abbildung 1: Vergleich zwischen konventionellen Wärmenetzen (Heizen mittels Wärmeübertrager) und kalter Nahwärme (Heizen mit Wärmepumpe und Kühlen mittels Wärmeübertrager)

Welcher Wärmenetztyp eignet sich für welches Quartier?

Die Wahl des richtigen Wärmenetztyps hängt von mehreren Faktoren ab: Sofern die Abnehmergebäude mit Wärme und Kälte versorgt werden sollen, eignet sich ein kaltes Nahwärmenetz, da dieses auf so geringen Temperaturen betrieben werden kann, dass auch Kältebedarfe gedeckt werden können. Grundsätzlicher Vorteil bei kalten Nahwärmenetzen ist, dass im Falle von gleichzeitigen Wärme- und Kältelasten im Quartier, diese Bedarfe teilweise durch das Netz ausgeglichen werden können. Für Betreiber kann dies besonders lukrativ sein, da sie sowohl Kälte an Kälteabnehmer vermarkten können und gleichzeitig die daraus resultierende Abwärme an wärmeabnehmende Gebäude veräußern können. Ein weiterer wichtiger Aspekt zur Auswahl des richtigen Wärmenetztyps ist das Temperaturniveau der Wärmequelle. Sind lediglich Wärmequellen auf Umgebungstemperatur (< 30 °C) verfügbar, spricht dies für ein kaltes Nahwärmenetz. Klassische Wärmenetze sind hingegen eindeutig zu präferieren, wenn Wärmequellen mit hohem Temperaturniveau verfügbar sind (> 50 °C), da in diesem Fall keine weitere Temperaturerhöhung (in dezentralen oder zentralen Wärmepumpen) notwendig ist. Bei Wärmequellen auf Umgebungstemperatur können prinzipiell beide Wärmenetztypen sinnvoll sein: Vorteil von klassischen Wärmenetzen ist, dass eine große Wärmepumpe zentral installiert werden kann, welche kostengünstiger als viele kleine Wärmepumpen zu realisieren ist. Vorteil eines kalten Nahwärmenetzes ist jedoch, dass aufgrund der geringen Temperaturen kaum Wärmeverluste im Rohrnetz auftreten (in einigen Fällen können sogar Wärmegewinne erzielt werden, wenn das umgebende Erdreich eine höhere Temperatur als das Wärmenetz aufweist). Außerdem kann bei kalten Nahwärmenetzen auf kostengünstige (ggf. sogar ungedämmte) Kunststoffrohre zurückgegriffen werden. Dies kompensiert die Mehrkosten für größere Rohrdurchmesser, die aufgrund höherer Volumenströme in kalten Nahwärmenetzen notwendig sind. Die hohen Volumenströme resultieren aus der geringen Temperaturspreizung zwischen warmem und kaltem Leiter, die wiederrum Ergebnis einer geringen Temperaturdifferenz über dem Verdampfer der dezentralen Wärmepumpen sind.

Was bedeuten diese Unterschiede für die Planung?

Die Berechnung kalter Nahwärmenetze ist komplexer als die Berechnung von gewöhnlichen Wärmenetzen. Zum einen müssen die dezentralen Wärmepumpen in den Gebäuden mitbetrachtet werden. Zum anderen müssen die Ausgleichseffekte von Wärme- und Kältebedarfen in Gebäuden und im Wärmenetz bilanziert werden. Insbesondere reicht es daher für kalte Nahwärmenetze nicht mehr aus, lediglich Spitzenlasten und Jahresenergiemengen zu betrachten. Es ist vielmehr notwendig, stündlich aufgelöste Jahresprofile zur Berechnung zu verwenden, um die Ausgleicheffekte richtig abzubilden.