Gebäudeenergiesystem für Wärmenetze in Quartieren

Auf dieser Seite finden Sie eine Beschreibung der unterschiedlichen Gebäudeenergiesysteme, welche in Quartiersberechnungen berücksichtigt werden können.

Allgemeines

Es können zwei unterschiedliche Arten der Wärmeversorgung unterschieden werden:

Wärmeversorgung über das Wärmenetz, und
Wärmeversorgung über dezentrale Wärmepumpen (Luftwärmepumpe oder Erdwärmepumpe) ohne Anschluss an ein Wärmenetz.

Wenn die Wärmeversorgung über das Wärmenetz erfolgt, wird immer so weit wie möglich die Energie aus dem Wärmenetz genutzt. Aufgrund geringer Netztemperaturen kann es jedoch sein, dass nicht alle Wärmebedarfe über das Wärmenetz direkt gedeckt werden können. In diesem Fall müssen dezentrale Anlagen (Booser-Wärmepumpe, Heizstab, etc.) zusätzlich installiert werden, die dann den fehlenden Temperaturhub realisieren.

Übersicht zu Wärmeversorgungslösungen in Gebäuden mit Wärmenetz im Quartier — Abbildung 1: Übersicht zu Wärmeversorgungslösungen auf Gebäudeebene

Berechnung des COPs

Die folgenden Annahmen werden bei der Berechnung der COPs der Wärmepumpen getroffen:

Bei der Berechnung nach der Carnot-Formel wird für Wärmepumpen ein maximal möglicher COP von 8 und für Kältemaschinen eine maximale Leistungszahl von 12 angenommen. Grund ist, dass der COP bei der Berechnung nach Carnot für geringe Temperaturhübe unendlich hoch werden kann.
Die Rücklauftemperatur für die Raumwärmebereitstellung beträgt minimal 20 °C.

Für die Wärmepumpe wird eine Wärmequellentemperatur angenommen, welche bei der Wahl …

… des Wärmenetzes als Wärmequelle dem Mittelwert aus Vor- und Rücklauftemperatur des Netzes entspricht.
… von Erdwärmepumpen der Entzugstemperatur aus dem Erdboden entspricht.
… von Luftwärmepumpen der Lufttemperatur entspricht.

Berechnung der vom Wärmenetz gedeckten Wärmebedarfe

Der Anteil des Wärmebedarfs, der über Wärmepumpe und Heizstab und nicht direkt über das Wärmenetz gedeckt wird, wird für jede Stunde des Jahres wie folgt berechnet:

Wenn die Vorlauftemperatur (der Raumwärme- oder Trinkwarmwasser-Bereitstellung) kleiner ist als die Vorlauftemperatur des Wärmenetzes minus der Grädigkeit (z.B. 2 K, kann vom Nutzer eingestellt werden), dann wird der Wärmebedarf vollständig und direkt über das Wärmenetz gedeckt.
Wenn die Rücklauftemperatur kleiner oder gleich der Vorlauftemperatur des Wärmenetzes minus der Grädigkeit ist, ist der Anteil, der von den zentralen Wärmeerzeugern des Gebäudes gedeckt wird, für Raumwärme wie folgt $A_{Wärmepumpe/Heizstab} = \frac{ T_{Vorlauftemp. Heizung} - (T_{Vorlauftemp. des Wärmenetzes} - \Delta T_{Wasser-Wasser}) } { T_{Vorlauftemp. Heizung} - T_{Rücklauftemp. Heizung} }$ und für Trinkwarmwasser $A_{Wärmepumpe/Heizstab} = \frac{ T_{Zapftemp.} - (T_{Vorlauftemp. des Wärmenetzes} - \Delta T_{Wasser-Wasser}) } { T_{Zapftemp.} - T_{Kaltwassertemp.} }$ Die Grädigkeit für die Wärmeübertragung $\Delta T_{Wasser-Wasser}$ kann vom Benutzer definiert werden.
In allen anderen Fällen wird der Wärmebedarf vollständig von den zentralen Wärmeerzeugern des Gebäudes gedeckt.

Berechnung der dezentralen Erwärmung des Trinkwarmwassers

Der Anteil des Trinkwarmwasser-Bedarfs $A_{dez}$ , der dezentral gedeckt wird, berechnet sich zu:

A_{dez} = \frac{ T_{Zapftemp.} - T_{Vorwärmtemp.} }{ T_{Zapftemp.} - T_{Kaltwassertemp.} }

Hierbei beschreibt $T_{Vorwärmtemp.}$ die Temperatur des Trinkwarmwassers, die vor der finalen Temperaturanhebung auf die Zapftemperatur vorherrscht. Die Vorwärmtemperatur wird vom Benutzer definiert.

Verschaltungsmöglichkeiten

Es sind zurzeit 24 unterschiedliche Wärmeversorgungslösungen für Einzelgebäude verfügbar, die in Quartiersberechnungen berücksichtigt werden können.

Wärmenetz ohne dezentraler Trinkwarmwasser-Erwärmung

Bei den nachfolgenden Konfigurationen ist das Gebäude an ein Wärmenetz angeschlossen. Das Trinkwarmwasser wird zentral erwärmt.

Wärmebedarfe über Wärmeübertrager (Wärmeübergabestation) direkt aus Wärmenetz — Tabelle 1: Wärmenetz ohne dezentraler Trinkwarmwasser-Erwärmung

Wärmeübertrager mit Wärmepumpe und Wärmenetz — Tabelle 1: Wärmenetz ohne dezentraler Trinkwarmwasser-Erwärmung

Verschaltung	Beschreibung
	Die Wärmebedarfe werden über einen Wärmeübertrager (Wärmeübergabestation) direkt durch das Wärmenetz gedeckt. Dies setzt voraus, dass die Netztemperaturen ausreichend hoch sind.
	Wärmebedarfe, die aufgrund ausreichend hoher Netztemperaturen direkt über das Wärmenetz gedeckt werden können, werden über einen Wärmeübertrager direkt gedeckt. Die Netz-Wärmepumpe nutzt das Wärmenetz als Wärmequelle und deckt die Wärmebedarfe, die aufgrund zu geringer Netztemperaturen nicht direkt durch das Wärmenetz gedeckt werden können.
	Wärmebedarfe, die aufgrund ausreichend hoher Netztemperaturen direkt über das Wärmenetz gedeckt werden können, werden über einen Wärmeübertrager direkt gedeckt. Der elektrische Heizstab deckt den Wärmebedarf ab, der aufgrund zu geringer Netztemperaturen nicht durch das Wärmenetz gedeckt werden kann.
	Die Netz-Wärmepumpe nutzt das Wärmenetz als Wärmequelle und deckt die Grundlast des Wärmebedarfs, sofern dieser aufgrund zu geringer Netztemperaturen nicht direkt durch das Wärmenetz gedeckt werden kann. Die Spitzenlast wird durch einen elektrischen Heizstab gedeckt.

Wärmenetz mit teilweiser dezentraler Trinkwarmwasser-Erwärmung

Bei den nachfolgenden Konfigurationen ist das Gebäude an ein Wärmenetz angeschlossen. Das Trinkwarmwasser wird zentral vorgewärmt und dezentral auf die Zapftemperatur gebracht.

Wärmebedarfe werden über Wärmenetz gedeckt — Tabelle 2: Wärmenetz mit teilweiser dezentraler Trinkwarmwasser-Erwärmung

Wärmebedarfe werden über Wärmepumpe und Wärmenetz gedeckt — Tabelle 2: Wärmenetz mit teilweiser dezentraler Trinkwarmwasser-Erwärmung

Verschaltung	Beschreibung
	Die Wärmebedarfe werden über einen Wärmeübertrager (Wärmeübergabestation) direkt durch das Wärmenetz gedeckt. Das Trinkwarmwasser wird zunächst im Wärmeübertrager zentral vorgewärmt und anschließend dezentral elektrisch auf die Zapftemperatur angehoben (z. B. durch Durchlauferhitzer).
	Eine Netz-Wärmepumpe nutzt das Wärmenetz als Wärmequelle und deckt die Wärmebedarfe, die aufgrund zu geringer Netztemperaturen nicht direkt durch das Wärmenetz gedeckt werden können. Das Trinkwarmwasser wird zunächst zentral vorgewärmt (Wärmepumpe) und anschließend dezentral elektrisch auf die Zapftemperatur angehoben (z. B. durch Durchlauferhitzer).
	Der elektrische Heizstab deckt den Wärmebedarf, der aufgrund zu geringer Netztemperaturen nicht durch das Wärmenetz gedeckt werden kann. Das Trinkwarmwasser wird zunächst zentral vorgewärmt (Heizstab) und anschließend dezentral elektrisch auf die Zapftemperatur angehoben (z. B. durch Durchlauferhitzer).
	Die Netz-Wärmepumpe nutzt das Wärmenetz als Wärmequelle und deckt die Grundlast des Wärmebedarfs, sofern dieser aufgrund zu geringer Netztemperaturen nicht direkt durch das Wärmenetz gedeckt werden kann. Die Spitzenlast wird durch einen elektrischen Heizstab gedeckt. Das Trinkwarmwasser wird zunächst zentral vorgewärmt (Wärmepumpe/Heizstab) und anschließend dezentral elektrisch auf die Zapftemperatur angehoben (z. B. durch Durchlauferhitzer).

Wärmenetz mit vollständig dezentraler Trinkwarmwasser-Erwärmung

Bei den nachfolgenden Konfigurationen ist das Gebäude an ein Wärmenetz angeschlossen. Das Trinkwarmwasser wird dezentral erwärmt.

Bild — Tabelle 3: Wärmenetz mit vollständig dezentraler Trinkwarmwasser-Erwärmung

Verschaltung	Beschreibung
	Die Wärmebedarfe werden über einen Wärmeübertrager (Wärmeübergabestation) direkt durch das Wärmenetz gedeckt. Der Trinkwarmwasser-Bedarf wird vollständig dezentral elektrisch gedeckt, also z. B. durch Durchlauferhitzer oder Untertischgeräte.
	Eine Netz-Wärmepumpe nutzt das Wärmenetz als Wärmequelle und deckt die Wärmebedarfe, die aufgrund zu geringer Netztemperaturen nicht direkt durch das Wärmenetz gedeckt werden können. Der Trinkwarmwasser-Bedarf wird vollständig dezentral elektrisch gedeckt, also z. B. durch Durchlauferhitzer oder Untertischgeräte.
	Ein elektrischer Heizstab deckt den Wärmebedarf, der aufgrund zu geringer Netztemperaturen nicht durch das Wärmenetz gedeckt werden kann. Der Trinkwarmwasser-Bedarf wird vollständig dezentral elektrisch gedeckt, also z. B. durch Durchlauferhitzer oder Untertischgeräte.
	Eine Netz-Wärmepumpe nutzt das Wärmenetz als Wärmequelle und deckt die Grundlast des Wärmebedarfs, sofern dieser aufgrund zu geringer Netztemperaturen nicht direkt durch das Wärmenetz gedeckt werden kann. Die Spitzenlast wird durch einen elektrischen Heizstab gedeckt. Der Trinkwarmwasser-Bedarf wird vollständig dezentral elektrisch gedeckt, also z. B. durch Durchlauferhitzer oder Untertischgeräte.

Erdwärmepumpe

Bei den nachfolgenden Konfigurationen wird der gesamte Wärmebedarf über eine Erdwärmepumpe und/oder Heizstab gedeckt. Das Gebäude ist nicht an ein Wärmenetz angeschlossen.

Verschaltung	Beschreibung
	Die Erdwärmepumpe deckt die gesamten Wärmebedarfe des Gebäudes.
	Die Erdwärmepumpe deckt die Grundlast des Wärmebedarfs. Die Spitzenlast wird durch einen elektrischen Heizstab gedeckt.
	Die Erdwärmepumpe deckt die gesamten Raumwärmebedarfe des Gebäudes. Der Trinkwarmwasser-Bedarf wird vollständig dezentral elektrisch gedeckt, also z. B. durch Durchlauferhitzer oder Untertischgeräte.
	Die Erdwärmepumpe deckt die Grundlast des Raumwärmebedarfs. Die Spitzenlast wird durch einen elektrischen Heizstab gedeckt. Der Trinkwarmwasser-Bedarf wird vollständig dezentral elektrisch gedeckt, also z. B. durch Durchlauferhitzer oder Untertischgeräte.
	Die Erdwärmepumpe deckt den Wärmebedarf des Gebäudes. Das Trinkwarmwasser wird zunächst zentral vorgewärmt (Wärmepumpe/Heizstab) und anschließend dezentral elektrisch auf die Zapftemperatur angehoben (z. B. durch Durchlauferhitzer).
	Die Erdwärmepumpe deckt die Grundlast des Wärmebedarfs. Die Spitzenlast wird durch einen elektrischen Heizstab gedeckt. Das Trinkwarmwasser wird zunächst zentral vorgewärmt (Wärmepumpe/Heizstab) und anschließend dezentral elektrisch auf die Zapftemperatur angehoben (z. B. durch Durchlauferhitzer).

Luftwärmepumpe

Bei den nachfolgenden Konfigurationen ist das Gebäude nicht an das Wärmenetz angeschlossen.

Verschaltung	Beschreibung
	Die Luftwärmepumpe deckt die gesamten Wärmebedarfe des Gebäudes.
	Die Luftwärmepumpe deckt die Grundlast des Wärmebedarfs. Die Spitzenlast wird durch einen elektrischen Heizstab gedeckt.
	Die Luftwärmepumpe deckt die gesamten Raumwärmebedarfe des Gebäudes. Der Trinkwarmwasser-Bedarf wird vollständig dezentral elektrisch gedeckt, also z. B. durch Durchlauferhitzer oder Untertischgeräte.
	Die Luftwärmepumpe deckt die Grundlast des Raumwärmebedarfs. Die Spitzenlast wird durch einen elektrischen Heizstab gedeckt. Der Trinkwarmwasser-Bedarf wird vollständig dezentral elektrisch gedeckt, also z. B. durch Durchlauferhitzer oder Untertischgeräte.
	Die Luftwärmepumpe deckt den Wärmebedarf des Gebäudes. Das Trinkwarmwasser wird zunächst zentral vorgewärmt (Wärmepumpe/Heizstab) und anschließend dezentral elektrisch auf die Zapftemperatur angehoben (z. B. durch Durchlauferhitzer).
	Die Luftwärmepumpe deckt die Grundlast des Wärmebedarfs. Die Spitzenlast wird durch einen elektrischen Heizstab gedeckt. Das Trinkwarmwasser wird zunächst zentral vorgewärmt (Wärmepumpe/Heizstab) und anschließend dezentral elektrisch auf die Zapftemperatur angehoben (z. B. durch Durchlauferhitzer).