IEA EBC Annex 64: Reduzierung der Rücklauftemperaturen in städtischen Fernwärmesystemen durch die Umsetzung von Energiekaskaden (2017)

Hohe Rücklauftemperaturen in Fernwärmenetzen sind ein wesentliches Hindernis für die Transformation zu Systemen der vierten Generation. Um im Winter hohe Wärmemengen zu transportieren, sind aufgrund der hohen Rücklauftemperaturen hohe Vorlauftemperaturen (>120 °C) oder Massenströme erforderlich. Dies führt zu einem ineffizienten Betrieb des Systems. Die Folgen sind hohe Wärmeverluste, ein verminderter Wirkungsgrad der Wärmeerzeugungsanlagen, ein reduziertes Potenzial für alternative Wärmequellen und erhöhte Pumpkosten. Weiterhin ist die Anbindung von Neukunden oft mit hohen Investitionskosten aufgrund begrenzter Transportkapazitäten in einem bestehenden System verbunden.

Ziel dieser Veröffentlichung ist die Analyse von Potenzialen zur Senkung von Rücklauftemperaturen und die Entwicklung von Konzepten zur Implementierung von thermischen Energiekaskaden zwischen verschiedenen Gebäudetypen, um die Leistungsfähigkeit des Systems zu verbessern. Dies bezieht sich auf die Nutzung des Rücklaufs von Hochtemperaturverbrauchern (z.B. Gebäude mit Hochtemperaturheizungen) zur Versorgung von Niedertemperaturverbrauchern (z.B. Gebäude mit Fußbodenheizung und direkter Trinkwassererwärmung). Basierend auf den verfügbaren Daten von bestehenden Gebäuden, Energieversorgern und Netzstrukturen wurden Potenziale für Energiekaskaden für repräsentative Fallstudien bewertet. Um energiekaskadierte Verbindungen zu ermöglichen, wurden die Temperatur- und Wärmelastprofile der untersuchten Gebäude in charakteristischen Stadtteilen analysiert, verschiedene Anschlussszenarien entwickelt und bewertet.

Besonderes Augenmerk wurde auf die hygienische Aufbereitung von Trinkwasser in den Niedertemperaturverbrauchern und die Sicherheit der Wärmeversorgung gelegt. Dadurch konnte das Temperaturniveau der lokalen Rücklaufleitung reduziert (bis zu >10 K) und die Transportkapazitäten in den Bezirken erhöht werden (bis zu 16 %). Durch die Umsetzung dieses Ansatzes in mehreren Stadtteilen eines Städtenetzes kann die Effizienz des Gesamtsystems gesteigert werden.