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Energieflüsse in kalten Nahwärmenetzen

Auf dieser Seite ist die Berechnungslogik für kalte Nahwärmenetze in nPro dokumentiert.

Berechnungsansatz

Die Berechnung von kalten Nahwärmenetzen in nPro ist in Abbildung 1 graphisch dargestellt und erfolgt gemäß folgender Berechnungslogik: Der Wärmebedarf für Raumwärme und Trinkwarmwasser wird für jedes Gebäude über eine Wärmepumpe bereitgestellt. Die Wärmepumpe ist am Verdampfer mit dem kalten Nahwärmenetz verbunden. Zusätzlich zur Wärmepumpe kann ein elektrischer Heizstab vorgesehen werden, der Spitzenlasten des Raumwärmebedarfs abdeckt. Durch den Einbau eines Heizstabs kann die Wärmepumpe kleiner dimensioniert werden.
Der Kältebedarf für Raumklimatisierung und Prozesskälte wird entweder über eine Kältemaschine oder einen Wärmeübertrager (passive Kühlung) gedeckt. Die Kältemaschine ist am Kondensator mit dem kalten Nahwärmenetz verbunden und speist die gesamte Abwärme in das Wärmenetz ein. Im Falle des Wärmeübertragers (passive Kühlung) ist dieser ebenfalls thermisch mit dem kalten Nahwärmenetz verbunden und gibt ebenfalls die gesamte Abwärme in das Netz ab. Außerdem kann eine luftgekühlte Kältemaschine vorgesehen werden, die ihre Abwärme über ein Rückkühlwerk an die Umgebungsluft (und nicht an das Wärmenetz) abgibt. Die luftgekühlte Kältemaschine deckt die Spitzenlasten des Kältebedarfs ab und führt dazu, dass die Einspeisespitzen der Abwärme im Sommer kleiner ausfallen (und ggfs. geringere Kapazitäten für die Rückkühlung in der Energiezentrale vorgesehen werden müssen). Der gesamte Strombezug eines Gebäudes besteht aus:

  • Strombedarfe für die Wärmepumpe und den elektrischen Heizstab (falls vorhanden),
  • Strombedarfe für die Kältemaschine, die ins Wärmenetz einspeist (falls vorhanden),
  • Strombedarfe für die luftgekühlte Spitzenlast-Kältemaschine (falls vorhanden), sowie
  • der Summe der Bedarfe für Nutzerstrom und Elektromobilität.

Innerhalb des Gebäudes kann Abwärme aus den Kälteanlagen (Kältemaschine/Wärmeübertrager) direkt am Verdampfer der Wärmepumpe genutzt werden. Auf diese Weise kann bei gleichzeitigem Wärme- und Kältebedarf ein Teil der Bedarfe direkt im Gebäude ausgeglichen werden. Lediglich die verbleibenden, nicht ausgeglichenen Bedarfe müssen aus dem kalten Nahwärmenetz bezogen werden. Diese verbleibenden Wärme- und Kältebedarfe beschreiben den Wärme- und Kältebezug des Gebäudes (Netto-Bedarfe). Sofern zu einem Zeitpunkt mindestens ein Gebäude einen Netto-Wärmebedarf und mindestens ein anderes Gebäude einen Netto-Kältebedarf aufweist, können ein Teil der Bedarfe im kalten Nahwärmenetze ausgeglichen werden. Dies bedeutet, dass Abwärme eines Gebäudes (mit einem Netto-Kältebedarf) von einem anderen Gebäude genutzt wird, um seine Netto-Wärmebedarfe zu decken. Dadurch verringert sich die von der Energiezentrale bereitzustellende Wärme oder Kälte. Nach Ausgleich aller Gebäudebezüge ergibt sich ein gesamter Energiebezug aller Gebäude. Zur Berechnung des Wärme- und Kälteeinspeisungsprofils an der Energiezentrale wird zusätzlich noch der Gleichzeitigkeitsfaktor berücksichtigt, der zu einer Profilglättung führt. Wärmeverluste oder Kälteeinträge werden für das kalte Nahwärmenetz vernachlässigt. Für Netztemperaturen nahe der Erdbodentemperatur ist diese Annahme gerechtfertigt. Für sehr hohe (z. B. 40 °C) oder geringe Netztemperaturen (z. B. unter 0 °C) ist diese Annahme gegebenenfalls nicht mehr gerechtfertigt, insbesondere wenn ungedämmte Rohre verwendet werden. Für das Stromnetz werden alle Strombezüge der Gebäude aufsummiert, welche dann den Gesamtstrombezug aller Gebäude darstellen. Für das Stromnetz werden keine Verluste berücksichtigt. Zur Bestimmung des an der Energiezentrale einzuspeisenden Stroms wird noch der Pumpstrom der Netzpumpen aufaddiert.

Energieströme in Quartieren mit kaltem Nahwärmenetz / Anergienetz
Abbildung 1: Bilanzen in nPro für die Wärme-, Kälte- und Strombereitstellung in Quartieren mit kaltem Nahwärmenetz.
Die Berechnungslogik für klassische Wärme- und Kältenetze ist hier beschrieben.

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