IEA EBC Annex 64: Simulation Based Multi-Criteria Evaluation Of Design Scenarios For An Industrial Waste Heat Based Micro District Heating Network Supplying Standard And Low-Energy Buildings (2017)

Städtische Abwärme, die von Industrien, öffentlichen Verkehrssystemen, Rechenzentren, Abwasser usw. freigesetzt wird, ist als weitverbreitete Wärmequelle verfügbar, welche aber selten genutzt wird. Diese Quellen sowie erneuerbare Wärmequellen könnten zu geringeren Betriebskosten in Fernwärmenetzen genutzt werden, bei energetischer und ökologischer Verbesserung der Netze.

In Anbetracht der Herausforderungen, die sich aus der unterschiedlichen lokalen Verfügbarkeit, dem niedrigen Temperaturniveau und dem Erzeugungsprofil ergeben (die nicht notwendigerweise der Nachfrage entsprechen), kann es jedoch rentabler sein, Mikrowärmenetze in Kombination mit Wärmepumpen und Wärmespeichern zu entwickeln.

Unter Berücksichtigung dieser Bedingungen sind verschiedene Designs und Regelungsstrategien für solche Mikronetzwerke möglich und die beste energieeffiziente oder wirtschaftliche Lösung ist nicht pauschal beantwortbar.

Dieser Beitrag stellt die Ergebnisse einer Multi-Kriterien-Bewertung unter Berücksichtigung ökologischer, energetischer und ökonomischer Indikatoren verschiedener Designszenarien für den Fall eines Mikrowärmenetzes in Wien vor. Dies inkludiert unteranderem energieeffiziente Gebäude die sich selbst versorgen (Wärmepumpen, Solarkollektoren) sowie ein Standardgebäude mit Gaskessel.

Mit APROS, einer multifunktionalen dynamischen Simulationssoftware, wurden vier Szenarien simuliert und die Ergebnisse nach energetischen, ökologischen und ökonomischen Kriterien bewertet. Ziel ist es, die Integration von vor Ort verfügbarer industrieller Abwärme zusammen mit Hoch- und Niedertemperaturspeichern zur Ausbalancierung von Wärmeerzeugung und -bedarf sowie einer Booster-Wärmepumpe zu bewerten, um das Netz mit dem erforderlichen Temperaturniveau zu versorgen. Die Wärmepumpen werden bei minimalen Energiekosten betrieben. In zwei Szenarien wird eine Erweiterung auf das bestehende Fernwärmenetz Wiens untersucht, um die Backup-Möglichkeiten abzuwägen.

Die größten Herausforderungen dabei sind die Integration unterschiedlicher Temperaturniveaus und unterschiedlicher Profile sowohl auf der Produktionsseite als auch auf der Verbrauchsseite. Die Ergebnisse zeigen, dass das Netzwerkdesign mit nur dem Hochtemperaturspeicher anstelle der Kombination beider Speicher weniger CO2-Emissionen verursacht, aber teurer ist. Die Szenarien, die das Wiener Fernwärmenetz berücksichtigen, weisen jedoch die besten Leistungsindikatoren auf.

IEA EBC Annex 64: Simulation Based Multi-Criteria Evaluation Of Design Scenarios For An Industrial Waste Heat Based Micro District Heating Network Supplying Standard And Low-Energy Buildings (2017)