Projekt 11525/01

Leitfaden für eine bedarfsgerechte und systemintegrierende Planung kleiner und mittlerer Wärmeverteilungssysteme

Projektträger

Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- undEnergietechnik (UMSICHT)
Osterfelder Str. 3
46047 Oberhausen
Telefon: 0208/8598-

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ein zentrales Hemmnis bei der Abwärmenutzung und dem Einsatz regenerativer Energien sind die meist hohen Kosten der benötigten Infrastruktur zur Wärmeverteilung. Oft sind diese hohen Kosten auf eine konventionelle Systemauslegung zurückzuführen, die weder den technischen Fortschritt im Leitungsbau noch die Einsparpotentiale durch eine Optimierung im System nutzt. Ziel des Projektes ist es, einen Leitfaden zu erstellen, der Planern und Betreibern Hilfestellungen zur kostenoptimalen und bedarfsgerechten Auslegung des Gesamtsystems und insbesondere der Wärmeverteilung bei der rationellen Energienutzung und beim Einsatz regenerativer Energien liefert. Durch einen forcierten Einsatz dieser Energieformen kann ein wesentlicher Beitrag zur Ressourcenschonung und zur CO2-Reduktion geleistet werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZu Beginn des Vorhabens wird eine umfangreiche Recherche zu modernen Anlagenkonzepten und realisierten Technologien durchgeführt, um eine Abgrenzung zu vorhandenen Nachschlagewerken zu gewährleisten und eine fachlich belastbare Basis für den Leitfaden zu erstellen. Durch direkten Kontakt zu Anwendern werden auch Erfahrungen der Praktiker berücksichtigt, so daß der Leitfaden neben der fachlichen Tiefe auch die notwendige Praxisnähe hat. Das Know-how der Anwender fließt u.a. durch einen projektbegleitenden Ausschuß, der sich aus innovativen Energieversorgern, Planungs- und Ingenieurgesellschaften sowie dem VDI zusammensetzt und der als Diskussionsforum und Ideengeber fungiert, in diesen Leitfaden ein. Desweiteren wird der Anwendungsbezug der Untersuchung, aber auch die Unabhängigkeit bezüglich einzelner Hersteller durch intensiven Kontakt zu verschiedenen, konkurrierenden Produzenten gewährleistet.
Die drei Bereiche Energieerzeugung, -verteilung und -nachfrage werden im Einzelnen detailliert hinsichtlich innovativer und kostenoptimaler Aspekte untersucht. Die Schnittstellen dieser drei Bereiche werden insbesondere bezüglich technischer Restriktionen analysiert, um durch optimale Kombination der Energieerzeugung und -verteilung möglichst ein Gesamtkostenminimum zu erreichen.
Für eine zukünftige Umsetzung der Ergebnisse in ein EDV-Tool wird ein Lastenheft erstellt.


Ergebnisse und Diskussion

Der erste Schritt für ein effektives Nahwärmenetz ist die Ermittlung des Wärmebedarfs (Raumwärme und Warmwasser). Hierzu wurden Tabellen und Diagramme entwickelt, mit denen es möglich ist, den individuellen Wärmebedarf zu ermitteln und zugleich die Wärmelast durch Gleichzeitigkeitsfaktoren für den Wärmeerzeuger umzurechnen. Im zweiten Schritt werden verschiedene Möglichkeiten der Lastauf-teilung auf verschiedene Module bzw. Wärmererzeuger diskutiert, um den Anwender anhand von Vor- und Nachteilen zu einem optimalen Ergebnis zu führen. Anschließend werden die potentiell einsetzbaren Wärmeerzeuger detailliert vorgestellt, d.h. neben der Funktion und des Einsatzbereiches werden auch ökologische und ökonomische Fragen nach Effizienz und Wirtschaftlichkeit beantwortet. Anhand einer Entscheidungsmatrix kann dann ein geeigneter Wärmererzeuger ausgewählt werden. Im dritten Schritt werden verschiedene Rohr- und Verlegesysteme vorgestellt. Hierbei werden die technischen und wirtschaftlichen Vorteile der Systeme erläutert, so daß mittels der Entscheidungsmatrix »Wärmeverteilung« eine optimale Netzstruktur, Verlegetechnik, Rohrsystem und Betriebsregime ermittelt werden kann. Anhand realisierter Nahwärmenetze werden praktische Erfahrungen mit kostengünstigen Nahwärmenetzen exemplarisch dargestellt. Die Anbindung des Nahwärmenetzes an die Heizenergieverbraucher erfolgt über Hausstationen; diese werden im vierten Schritt detailliert erläutert, wobei die Kostenreduktion im Mittelpunkt steht. Auch hierbei ermöglicht eine Entscheidungsmatrix anhand der Netztemperatur und des Versorgungskonzeptes eine aus wirtschaftlicher Sicht optimale Hausstation auszuwählen. Da durch die Optimierung der einzelnen Gewerke nicht zwangsläufig ein Gesamtkostenminimum erreicht wird, erfolgt im fünften Schritt eine Gesamtoptimierung. Hierbei werden die Abhängigkeiten der einzelnen Gewerke (Wärmeerzeugung, Wärmeverteilung/Netz, Hausstationen, Betriebsregime etc.) untereinander dargestellt und kostenmäßig erfaßt. Den Schwerpunkt bildet hierbei der Einfluß der Vor- und Rücklauftemperaturen, da diese systemübergreifend sind.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Der Abschlußbericht dieses Projektes, der »Leitfaden Nahwärme«, wurde auf der AGFW-Messe im Februar 1998 in Essen vorgestellt. Die Ergebnisse wurden in Zeitschriftenaufsätzen (z.B.: Fernwärme International) veröffentlicht und Informationen zum »Leitfaden Nahwärme« wurden in allen relevanten Fachzeitschriften (FWI, BWK, Wärmedienst, VDI etc.) über Fraunhofer UMSICHT und VDI Verteiler sowie über das Internet zur Verfügung gestellt. Abschließend wurde am 28./29. Sept. 1998 die Fachtagung »Umweltverträgliche und kostengünstige Nahwärmesysteme« (161 Teilnehmer) in Zusammenarbeit mit dem VDI-GET in Osnabrück durchgeführt. Neben dem Tagungsband »Umweltverträgliche und kostengünstige Nahwärmesysteme«, der die Vorträge enthält, wurde allen Teilnehmern der »Leitfaden Nahwärme« kostenlos zur Verfügung gestellt. Um Informationen über die Tagungsteilnehmer, deren Interessen und die Qualität der Vorträge zu erhalten, wurde eine Fragebogenaktion durchgeführt und ausgewertet. Anhand dieser Auswertung kann bei einer weiteren Tagung auf diesem Gebiet noch gezielter auf das Informationsbedürfnis der Tagungsteilnehmer eingegangen werden. Bei der Auswertung zeigte sich das große Informationsbedürfnis - vor allem bei kleinen und mittleren Unternehmen - was sich auch darin widerspiegelt, daß weitere Aktivitäten (Internet-Informationsbörse, Tagung als regelmäßige Einrichtung) begrüßt werden.


Fazit

Die in diesem Projekt erzielten Ergebnisse zeigen, daß durch den Einsatz neuer Techniken bei der Wärmeerzeugung, Wärmeverteilung und den Hausstationen deutliche Kosteneinsparungen möglich sind. Wichtig ist hierbei jedoch die Betrachtung des Gesamtsystems, um ein Gesamtkostenminimum zu erreichen und nicht durch Einzeloptimierung und zu viele Schnittstellen die Gesamtkosten zu erhöhen. Die Ergebnisse dieses Projektes ermöglichen die hohen Kosten von Nahwärmesystemen, die das zentrale Hemmnis bei der Nutzung von Abwärme und regenerativer Energien darstellen, zu senken und damit die Wettbewerbsfähigkeit zu stärken. Hierdurch können vermehrt CO2-arme Energien wirtschaftlich genutzt und so ein Beitrag zur Umweltentlastung geleistet werden. Diese Ergebnisse wurden im »Leitfaden Nahwärme« zusammengefaßt und so aufbereitet, daß sowohl der technische Laie (Stadtplaner etc.) einen thematischen Einstieg als auch der Fachmann (Betreiber, Ingenieure) weitere Anregungen und Literaturhinweise erhält. Zusätzlich zum »Leitfaden Nahwärme« wurden die in diesem Projekt erzielten Ergebnisse durch die Fachtagung »Umweltverträgliche und kostengünstige Nahwärmesysteme« einer breiten, interessierten Öffentlichkeit zugänglich gemacht.