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Fernwärme

Wärmeversorgung durch Fernwärme-Systeme

Fernwärme
Direkter und indirekter Anschluss
Direkte Einspeisung
Indirekte Einspeisung
Betrieb

Fernwärme

Wenn man von Fernwärme spricht, denkt man zunächst an große Heizwerke, die über mehr oder weniger lange und verzweigte Systeme von Rohrleitungen die an zentraler Stelle erzeugte Wärme zu einem bestimmten Bereich transportieren. Meist handelt es sich hierbei um Städte und größere Gemeinden, in denen häufig die Stadtwerke die Träger diese Art der Wärmeerzeugung sind. Diese Fernwärmesysteme sind allerdings nicht im Blickwinkel des Facility Managements, zumindest nicht bezüglich ihres Betriebes, bezüglich des Anschlusses an ein Fernwärmenetz dagegen eher.

In solchen Fällen betreibt das Facility Management dann lediglich ein Verteilsystem auf dem Gebiet seines Verantwortungsbereiches. Die Zuständigkeit ist in solchen Fällen von der Sekundärseite der Einspeisungsstation bis hin zu den Wärmeverbrauchern, also den Heizkörpern, Decken-, Wandlüftern und eventuell zu weiteren Verteilstationen mit direktem oder indirektem Anschluss. Diese Verteilerstationen dienen dann zumeist technologischen Zwecken, aber auch der Gebrauchswarmwasserbereitung.

Gibt es im Verantwortungsbereich des Facility Managements nun auch noch eine eigene Wärmeerzeugungsanlage, wie beispielsweise eine Heizkesselanlage, ein BHKW bzw. andere Wärmeerzeugungsanlagen, dann hat das Unternehmen ein eigenes Fernwärmesystem. Dies unterscheidet sich zumeist dadurch, dass es einen geringeren Umfang und eine geringere Leistung hat als beispielsweise städtische Wärmeversorgungsunternehmen. Um hier eine Unterscheidung machen zu können, spricht man in solchen Fällen von Nahwärme. Die Systeme sind in beiden Fällen gleich, denn sie haben einheitlich

eine Wärmeerzeugung
eine Wärmeverteilung
und Wärmeverbraucher.

Das Transportmedium für die Wärme ist in den allermeisten Fällen Wasser. Selten findet man noch Dampfleitungen und wenn, dann fast ausschließlich für technologische Zwecke. Wenn das Heizwasser größere Strecken überwinden muss, und wenn die Anlagen recht verzweigt sind, wird gern Wasser verwendet, dessen Temperatur höher als der Siedepunkt ist. In diesem Falle ist der Anlagendruck so weit zu erhöhen, dass das Heizwasser nicht siedet. Man spricht von Druckauflastung. Diese ist direkt proportional der Vorlaufwassertemperatur plus eine Sicherheit. Es leuchtet ein, dass bei der Konzeption solcher Anlagen die Wirtschaftlichkeit gefunden werden muss zwischen der Vorlauftemperatur des Heizmediums und den hiermit verbundenen höheren Investitionsaufwendungen bezüglich der Druckfestigkeit und der Isolierdicken.

Bei der folgenden Erörterung der Belange der Fernwärme haben wir bewusst keinen Unterschied zwischen Fern- und Nahwärme gemacht, weil sie im Prinzip ähnlich sind. Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, was der Unterschied zwischen Heizwerk und Kraftwerk ist.

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.

Direkter und indirekter Anschluss

Fernwärme wird durch Rohrleitungen über mehr oder weniger lange Strecken transportiert, ehe sie beim Verbraucher ankommt. Dabei geht Wärme durch Verluste verloren. Die Verluste hängen z.B. ab von:

Vorlauf- und Rücklauftemperaturen
dem Rohrdurchmesser und damit der wärmeabgebenden Oberfläche
Verlegeart (Stütze, Kanal)
Art und Ausführung der Wärmedämmung
Volumenstrom ≡ zu transportierende Wärmemenge.

Schema der Fernwärmeversorgung durch Heizkraftwerk

Mithin scheint die Erzeugung vor Ort effektiver, sollte jedoch stets mit Hilfe einer Wirtschaftlichkeitsberechnung ermittelt werden.

Wenn technologische Wärme als Nebenprodukt anfällt, in der Nähe des Erzeugers jedoch nicht genutzt werden kann (Stromerzeugung, Müllverbrennung, Industrielle Prozesse) oder zentral erzeugt wird, aber wirtschaftlich nur bei großer Abnehmerzahl nutzbar ist (z.B. Tiefengeothermie, große thermische Solaranlagen, große KWK-Anlagen), ist Fernwärme in jedem Fall das Mittel zum Zweck.

Am Zielort müssen die vom Netz gelieferte Temperatur, der Druck und der Volumenstrom den Anforderungen der Heizungsanlage des Abnehmers angepasst sein. Dies erfolgt in der Hausanschlussstation. Hierbei unterscheidet man zwischen direktem und indirektem Anschluss (direkter und indirekter Einspeisung der Fernwärme ins Hausnetz).

Armaturen in der Heizungstechnik

Die Regelung des Leistungsbedarfs erfolgt z.B. durch Steuerung des Differenzdruckes als „Antrieb“ für den Volumenstrom oder durch Temperatursteuerung (höhere Temperaturdifferenz º höhere Enthalpie). Diese Methoden werden auch als Mengen- bzw. Temperaturregelung bezeichnet. In den meisten Netzen wird für die Heizwärme eine gleitende, außentemperaturabhängige Fahrweise gewählt. Das ist jedoch nur begrenzt möglich, da die Versorgung mit Gebrauchswarmwasser auch außerhalb der Heizperiode eine Mindestvorlauftemperatur von ca. 70 °C voraussetzt. Dementsprechend wird das Wärmenetz außerhalb der Heizperiode mit 70 = const. gefahren. Schwankungen im WW-Verbrauch werden durch Mengenregelung ausgeglichen.

Direkte Einspeisung

Bei direkter Übergabe fließt das eingespeiste Fernheizmedium (Dampf oder Heizwasser) direkt in die nachgeschaltete Hausanlage.

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.

direkte Einspeisung

Übergabestationen mit direkter Übergabe und die zugehörigen Hausanlagen werden sicherheitstechnisch als Bestandteil des Fernheizsystems betrachtet und müssen deshalb auf die in diesem System maximal möglichen Drücke und Temperaturen abgesichert werden (Anschlussbedingungen gem. Anforderungen des Fernwärmeunternehmens).

Bei Direktanschluss an die Fernwärmeversorgung durchströmt das Fernwärmewasser die Heizkörper des Abnehmers direkt, während bei indirekter Einspeisung die Hausanlage über einen Wärmetauscher vom Fernwärmenetz hydraulisch entkoppelt ist. In dieser indirekten Konfiguration bildet der Wärmetauscher quasi den Heizkessel.

Die übrige Anlagentechnik (Heiz- und Warmwasserkreislauf) entspricht der üblichen Heizungstechnik. Die Art des Anschlusses wird vom Versorgungsunternehmen vorgegeben.

Direkte Versorgung erfordert einen geringeren Platzbedarf, kann aber nicht bei allen Wärmeträgern angewendet werden.

Hochdruckdampf- und Hochdruckheißwasseranlagen werden in der Regel von der Hausanlage getrennt. Nur für Niederdruckheißwassernetze oder Warmwassernetze sind beide Anschlussformen möglich.

Regelung bei direkter Einspeisung

Der sekundäre Druck bei direkter Einspeisung entspricht dem Primärdruck des Versorgungsnetztes. Die Hausanlage muss für diese Druckverhältnisse geeignet sein, oder mit entsprechenden Druckmindern arbeiten. Ein Leck in der Hausanlage kann bei direkter Einspeisung zu erheblichen Wasserschäden führen, da das Wasser des Fernwärmenetzes auch im Hausnetz zirkuliert. Die Anforderungen an Sicherheitseinrichtungen bei dieser Anschlussform sind vergleichsweise höher und wegen der höheren Nenndruckstufe im Hausnetz auch materiell aufwendiger, also teurer.

Fallbeispiel:

Die Netzauslegung ist 100/70 °C mit einer maximalen Rücklauftemperatur von 50 °C, Im angeschlossenen Gebäude wird die Heizung mit Vor-/Rücklauf 110/50 betrieben.

Indirekte Einspeisung

Bei der indirekten Einspeisung kann in der Hausanlage die Nenndruckstufe beliebig gewählt werden. Diese ist dann in erster Linie von der Gebäudehöhe, also von der auflastenden Wassersäule, abhängig. In der Regel werden standardisierte und typisierte vorgefertigte Hausanschlussstationen eingesetzt, die in Gänze in den Hausanschlussraum eingebracht werden, sofern dafür die entsprechende bauliche Öffnung geschaffen werden konnte. Ansonsten werden die Stationen in vorgefertigten Baugruppen oder auch einzeln nach zeichnerischen Vorgaben örtlich gefertigt.

Diese Station, auch Kompaktstation, oder Kompaktübergabe genannt, kann auch zugleich die Hauszentrale bilden. Üblicherweise bezeichnet man als eine Hausstation eine Anlage, die sowohl Übergabestation als auch Hauszentrale ist.

Das folgende Bild zeigt ein Beispiel für die Regelung bei indirekter Einspeisung:

übliche Netzauslegung
Heizung mit Vor-Rücklauf 80/48 °C

Regelung bei indirektem Anschluss

Die Netzrücklauftemperatur ist mit 50 °C wegen des Vorhandenseins des Wärmetauschers etwas höher.

Betrieb von Fernwärme-Übergabestationen

Wichtig bei Fremdbezug von Wärme ist die Kenntnis der Eigentumsgrenze zwischen Fernwärmeversorgungsunternehmen (FVU) und Hausanlage, durch welche die Zuständigkeiten für Bedienung, Wartung und Unterhaltung abgegrenzt werden. Bei der indirekten Einspeisung erfolgt diese Trennung am Wärmetauscher und bei der direkten Einspeisung normalerweise am Mischventil für die Rücklaufbeimischung.

Dem Betreiber müssen alle Unterlagen zum Wärmelieferungsvertrag vorliegen, wie z.B.:

Allgemeine Vertragsbedingungen
Tarife bzw. Sondervereinbarungen
Technische Anschlussbedingungen
Anlagenschema
Abnahmebescheinigung.

Die Einregulierung der Hausanlage mittels der Regelanlagen in der Übergabestation unterscheidet sich nicht vom üblichen Verfahren der Wärmeeigenerzeugung. Während des Betriebes ist der Wärmeverbrauch in vorgegebenen Abständen abzulesen und in die Verbrauchserfassungsbögen einzutragen.