Fernwärme
Die Nutzung von Abwärme aus industriellen Prozessen und Kraftwerken trägt zur Ressourcenschonung und Verringerung von Emissionen bei
Fernwärme stellt eine effiziente Lösung dar, um mehrere Gebäude zentral mit Wärme und Warmwasser zu versorgen. Mithilfe moderner Technologien kann die Effizienz der Wärmeübertragung in Fernwärmenetzen optimiert werden. Fernwärme eröffnet eine erhöhte Flexibilität bei der Auswahl der Energiequellen und fördert den Einsatz erneuerbarer Energien.
Wärmeversorgung durch Fernwärme-Systeme
Wärmetransport und Druckaufladung: Anforderungen an moderne Heizsysteme
Das vorherrschende Transportmedium für Wärme ist in den meisten Fällen Wasser. Dampfleitungen sind selten und wenn vorhanden, dann meist für technische Zwecke genutzt. Falls Heizwasser längere Strecken zurücklegen muss und die Anlagen stark verzweigt sind, wird oft Wasser mit einer Temperatur oberhalb des Siedepunkts verwendet. In solchen Fällen wird der Anlagendruck erhöht, um sicherzustellen, dass das Heizwasser nicht verdampft. Dies nennt man Druckaufladung. Die Druckerhöhung erfolgt direkt proportional zur Vorlauftemperatur des Heizmediums, zuzüglich eines Sicherheitsaufschlags. Es ist nachvollziehbar, dass bei der Konzeption solcher Anlagen ein Gleichgewicht zwischen der Vorlauftemperatur des Heizmediums und den damit verbundenen erhöhten Investitionskosten hinsichtlich der Druckfestigkeit und Isolierstärken gefunden werden muss.
Bei der folgenden Erläuterung der Aspekte von Fernwärme haben wir bewusst keinen Unterschied zwischen Fern- und Nahwärme gemacht, da sie grundsätzlich ähnlich sind. Vollständigkeitshalber sei noch erwähnt, was den Unterschied zwischen einem Heizwerk und einem Kraftwerk ausmacht.
Heizwerk vs. Kraftwerk
| Heizwerk | Kraftwerk | Heizkraftwerk |
|---|---|---|
| Ein Heizwerk erzeugt keinen Dampf, sondern ausschließlich warmes bzw. heißes Wasser. Der Begriff „heißes Wasser“ bezeichnet den Fall, dass die Kesselwassertemperatur über dem Siedepunkt des Wassers liegt und durch Druckauflastung das Verdampfen verhindert wird. Eine solche Fahrweise im Primärnetz bedingt eine (druckmäßige) Netztrennung durch Wärmeübertrager gegenüber dem Sekundärnetz in den Gebäuden. Wird lediglich mit Warmwasser gefahren, kann auch mit direkter Einspeisung in die Hausnetze gearbeitet werden. | Die Unterscheidung wird sehr einfach, wenn man Kraft = Elektrizität setzt. Dann ist ein Kraftwerk nichts anderes als ein Elektrizitätswerk. Es hat also den Zweck, nichts Anderes als Strom zu erzeugen. Das erfolgt in der Regel dadurch, dass überhitzter Dampf durch Turbinen geschickt wird, deren Drehbewegung auf Generatoren zur Stromerzeugung übertragen wird. | Ein Heizkraftwerk ist ein Mix von beiden. Meist ist es so, dass beim Kraftwerksprozess Abwärme entsteht, welche dann für Heizzwecke genutzt wird. |
Fernwärme wird über Rohrleitungen über unterschiedlich lange Distanzen transportiert, bevor sie beim Verbraucher ankommt. Während des Transports gehen Teile der Wärme verloren. Die Verluste hängen beispielsweise von folgenden Faktoren ab:
Vorlauf- und Rücklauftemperaturen
dem Rohrdurchmesser und damit der wärmeabgebenden Oberfläche
Verlegeart (Stütze, Kanal)
Art und Ausführung der Wärmedämmung
Volumenstrom ≡ zu transportierende Wärmemenge.
Effizienz und Anwendung von Fernwärme: Wirtschaftlichkeit und Anschlussarten
Effizienz der Fernwärmeversorgung
Schema der Fernwärmeversorgung durch Heizkraftwerk
Regelung des Leistungsbedarfs in Wärmenetzen: Mengen- und Temperatursteuerung
Regelung der Heizungstechnik
Armaturen in der Heizungstechnik
Die Regelung des Leistungsbedarfs erfolgt zum Beispiel durch die Steuerung des Differenzdrucks als "Antrieb" für den Volumenstrom oder durch Temperaturregelung (eine höhere Temperaturdifferenz entspricht einer höheren Enthalpie). Diese Ansätze werden auch als Mengen- bzw. Temperaturregelung bezeichnet. In den meisten Netzwerken wird für die Beheizung eine kontinuierliche, außentemperaturabhängige Betriebsweise angewendet. Dies ist jedoch begrenzt durch die Notwendigkeit der Warmwasserversorgung außerhalb der Heizperiode, die eine Mindestvorlauftemperatur von etwa 70 °C erfordert. Daher wird das Wärmenetz außerhalb der Heizsaison konstant mit 70 °C betrieben. Schwankungen im Warmwasserverbrauch werden durch die Mengenregelung ausgeglichen.
Direkte Einspeisung
Bei direkter Einspeisung fließt das zugeführte Fernheizmedium (sei es Dampf oder Heizwasser) direkt in die nachgelagerte Gebäudeanlage.
Vorteile:
geringe Kosten der Übergabestation
geringer Platzbedarf
Ausnutzung des Fernheiznetz-Differenzdruckes
Einsatz von Strahlpumpen möglich
geringere Verluste
Nachteile
ggf. höhere Drücke in der Gebäudeheizung als erforderlich
ggf. Mehrkosten für Hochdruck-Heizkörper
Probleme bei Leckagen
mögliche Verschlammung der Netze
Gefahr der Verbrühung.
Sicherheitsanforderungen und Anschlussarten bei Fernwärmeübergabestationen
Regelung der Heizungstechnik
direkte Einspeisung
Übergabestationen mit direkter Übergabe und die entsprechenden Gebäudeanlagen werden sicherheitstechnisch als integraler Bestandteil des Fernheizsystems betrachtet und müssen daher entsprechend den maximal möglichen Druck- und Temperaturbedingungen dieses Systems abgesichert sein (gemäß den Anforderungen des Fernwärmeunternehmens).
Beim direkten Anschluss an die Fernwärmeversorgung durchströmt das Fernwärmewasser die Heizkörper des Endnutzers direkt. Im Gegensatz dazu ist bei einer indirekten Einspeisung die Gebäudeanlage über einen Wärmetauscher vom Fernwärmenetz hydraulisch entkoppelt. In dieser indirekten Konfiguration fungiert der Wärmetauscher praktisch als Heizkessel.
Die übrige Anlagentechnik (Heiz- und Warmwasserkreislauf) entspricht der herkömmlichen Heizungstechnik. Die Art des Anschlusses wird vom Versorgungsunternehmen festgelegt. Ein direkter Anschluss erfordert weniger Platz, kann jedoch nicht bei allen Wärmeträgern angewendet werden. Hochdruckdampf- und Hochdruckheißwasseranlagen werden üblicherweise von der Gebäudeanlage getrennt. Lediglich für Niederdruckheißwassernetze oder Warmwassernetze sind beide Anschlussformen möglich.
Indirekte Fernwärmeeinspeisung: Flexibilität und Standardisierung bei Hausanschlussstationen
Indirekte Fernwärmeeinspeisung
Indirect District Heating Input
Bei der indirekten Einspeisung kann die Nenndruckstufe in der Gebäudeanlage nach Belieben festgelegt werden. Diese hängt hauptsächlich von der Höhe des Gebäudes ab, was wiederum von der auflastenden Wassersäule beeinflusst wird. Normalerweise werden standardisierte und typisierte vorgefertigte Hausanschlussstationen verwendet, die komplett in den Hausanschlussraum eingebaut werden, sofern eine entsprechende bauliche Öffnung vorhanden ist. Andernfalls werden die Stationen gemäß den zeichnerischen Vorgaben vor Ort in vorgefertigten Baugruppen oder sogar einzeln gefertigt.
Diese Station, auch als Kompaktstation oder Kompaktübergabe bezeichnet, kann gleichzeitig auch die Funktion einer Hauszentrale übernehmen. Üblicherweise bezeichnet man eine Anlage als Hausstation, wenn sie sowohl als Übergabestation als auch als Hauszentrale fungiert.
Das folgende Bild zeigt ein Beispiel für die Regelung bei indirekter Einspeisung:
übliche Netzauslegung
Heizung mit Vor-Rücklauf 80/48 °C
Erhöhte Rücklauftemperatur durch Wärmetauscher im Fernwärmenetz
Beim Fremdbezug von Wärme ist es wichtig, die Eigentumsgrenze zwischen dem Fernwärmeversorgungsunternehmen (FVU) und der Gebäudeanlage zu kennen. Diese Grenze legt die Verantwortlichkeiten für Bedienung, Wartung und Instandhaltung fest. Bei der indirekten Einspeisung erfolgt diese Trennung am Wärmetauscher, während bei der direkten Einspeisung in der Regel das Mischventil für die Rücklaufbeimischung als Trennungspunkt dient.