Wärme- und Kältenetze im Quartier
Zur nachhaltigen und emissionsfreien Versorgung von Quartieren spielen Wärme- und Kältenetze eine wichtige Rolle, da sie die Erschließung von regenerativen Wärmequellen sowie den Austausch von Wärme zwischen Gebäuden ermöglichen.
Wie funktionieren Wärme- und Kältenetze?
Wärmenetze bestehen aus einem Rohrnetz mit Vor- und Rücklauf, welches meist im Erdboden verlegt wird und heißes Wasser von einer Heizzentrale zu Gebäude transportiert. In Wärmeübertragern wird das heiße Wasser genutzt, um Raumwärme oder Trinkwarmwasser bereitzustellen. Das in Wärmeübertragern abgekühlte Wasser fließt dann zurück in die Heizzentrale, wo es erneut erhitzt wird. Die Funktionsweise von Kältenetzen ist sehr ähnlich: Hierbei wird kaltes Wasser (meist unter 10 °C) in einem Vorlaufrohr zu den Gebäuden transportiert und dort zur Raumklimatisierung oder zur Bereitstellung von Prozesskälte verwendet. Das leicht erwärmte Wasser fließt anschließend zurück an eine Kälte- bzw. Energiezentrale, in der es wieder auf die Vorlauftemperatur heruntergekühlt wird. In der Kältezentrale wird das Wasser durch Kompressionskältemaschinen oder Absorptionskältemaschinen heruntergekühlt. In den letzten Jahren werden zudem vermehrt kalte Nahwärmenetze geplant und errichtet. Diese verfügen über einen warmen und kalten Leiter und können sowohl Wärme als auch Kälte bereitstellen.
Welche Typen von Wärmenetzen gibt es?
Es existieren eine Reihe von unterschiedlichen Wärmenetztypen, welche häufig in Generationen unterteilt werden: Die ersten Wärmenetze waren Dampfnetze (1. Generation), welche heißen Wasserdampf in Rohren von Heizzentralen zu den Gebäuden transportierten. Diese Art von Wärmenetz wird heutzutage fast gar nicht mehr errichtet, weil aufgrund der hohen Temperaturen hohe Wärmeverluste im Rohrnetz auftreten. In einigen Städten ist diese Art von Wärmenetz jedoch noch in Betrieb, wie z. B. New York City. Im Laufe des 20. Jahrhunderts wurden vermehrt wassergeführte Wärmenetze errichtet, welche Betriebstemperaturen von rund 100 °C aufwiesen (3. Generation). Diese Netze sind auch heute noch in Betrieb und werden teilweise auch noch neu errichtet. Die vorletzte Generation von Wärmenetzen sind Wärmenetze der 4. Generation (Wärmenetze 4.0). Diese operieren mit niedrigeren Temperaturen von rund 70 °C. Das Absenken der Vorlauftemperatur ermöglicht die Erschließung neuer Wärmequellen, wie z. B. Solarthermie und reduziert die Verteilverluste. Der neueste Trend sind sogenannte Wärmenetze der 5. Generation, welche im deutschen Sprachraum auch als kalte Nahwärmenetze oder Anergienetze bekannt sind. Diese haben keinen definierten Vor- und Rücklauf mehr, sondern bestehen nur noch aus einem warmen und einem kalten Leiter. Der Vorteil dieser Wärmenetze ist, dass sie sowohl Wärme als auch Kälte mit nur einem Netz bereitstellen können. Ferner ermöglichen sie die Nutzung von Umgebungswärme, wie zum Beispiel Wärme aus Flusswasser, oberflächennaher Geothermie oder Abwasserwärme. Daneben existieren alternative Klassifizierungen von Wärme- und Kältenetzen.
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