Kalte Nahwärme

Kalte Nahwärmesysteme sind Versorgungsnetze, die sowohl Wärme als auch Kälte bereitstellen. Dazu werden im thermischen Netz Übertragungstemperaturen im Bereich von nur 0 °C – 25 °C realisiert. Somit liegen der Temperaturen in kalten Wärmenetzen deutlich unterhalb derer, die in konventionellen und Bestandsnetzen eingesetzt werden (60 – 120 °C). Das niedrigere Temperaturniveau im kalten Wärmenetz reicht nicht aus, um Heizwärme und Trinkwarmwasser in den angeschlossenen Gebäuden zur Verfügung zu stellen. Darum werden dezentrale Wärmepumpen in den Gebäuden genutzt. Diese nutzen das thermische Netz als Wärmequelle. Durch die konstante und hohe Quelltemperatur arbeiten die Wärmepumpen in einem sehr effizienten Bereich. Im Sommer kann das Netz direkt zur passiven Kühlung mit sehr geringem Energieaufwand genutzt werden. Zumeist an einer zentralen Stelle wird eine Wärmequelle auf gleichem Temperaturniveau wie das Netz genutzt, um die entnommene Energie in das Netz zu übertragen. Oft wird dazu Geothermie (Flächenkollektoren oder Oberflächennahe Erdsonden) genutzt, aber auch Wärme aus Abwasserkanälen, Rechenzentren, Abwärme aus industriellen Prozessen auf geringen Temperaturniveau oder weitere Quellen sind denkbar. Hier liegt der große Vorteil von kalten Wärmenetzen, sie nutzen Energie, die sonst nicht nutzbar oder flächendeckend erschlossen werden könnte und tragen somit direkt zu einer nachhaltigen Wärmeversorgungen bei.

Durch viele Projekte mit kalter Nahwärme wissen wir, worauf bei der der Konzeptionierung und Planung von kalte Nahwärmenetzen zu achten ist. Mit unseren dynamischen Simulationen im heatbeat Digital Twin bilden wir alle relevanten Komponenten (Einspeisung – thermisches Netz – Gebäude) dynamisch ab und zeigen die wesentlichen Effekte für die Planung kalter Nahwärmenetze auf. Durch eine dynamische Simulation mit mindestens stündlichem, zumeist sogar 15-minütigem Zeitschritt bilden wir die schwankenden und nicht regelbaren Temperaturen und Leistungen der Wärmequelle in unserem Digital Twin ab. So können wir bereits früh die optimale Dimensionierung aber auch mögliche Betriebsweisen testen und validieren. Die individuellen Bedürfnisse der Gebäude (Raumwärme und Trinkwarmwasser, jeweils mit Pufferspeichern) und das dynamische Verhalten der dezentralen Wärmepumpen werden berücksichtigt, so dass die Gleichzeitigkeit zwischen Angebot und Nachfrage realistisch dargestellt wird. Auch können wir hier unterschiedliche Gebäudetypen (z. B. Neubau oder Bestandsgebäude) abbilden und die unterschiedlichen Temperaturanforderungen in unserer Simulation berücksichtigen). Oft werden in kalten Nahwärmenetzen ungedämmte Rohre verwendet, das spart zum einen Investitionen, zum anderen kann aber die Interaktion der ungedämmten Rohre mit dem Erdreich als weitere Wärmequelle genutzt werden. Auch hier können nur dynamische Simulationen des thermischen Netzes realitätsnahe Aussagen treffen.

Unsere Simulationsergebnisse nutzen wir nicht nur um die technische Machbarkeit zu demonstrieren, die Dimensionierung der Wärmequellen, des Netzes und der Übergabestation zu optimieren und validieren, sondern auch um zuverlässige Aussagen zum Betrieb und damit zur Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit (Primärenergiefaktor und CO2-Emissionen) dieser Systeme zu treffen.

Mehr Informationen finden sie auch in unseren Showcases, wo wir ein Beispielhaftes kaltes Wärmenetz simuliert haben. Übrigens: kalte Nahwärmenetze werden zum Beispiel über Wärmenetzsysteme 4.0 bzw. die neue Bundesförderung für effiziente Wärmenetze (BEW) gefördert, auch hierzu beraten wir sie gerne.