Treiber für mehr Energieeffizienz

Niedertemperatur-Wärmenetze erfordern (rohr-)systemisches Know-how

Mit dem Ziel der EU, bis 2050 klimaneutral zu werden, und dem Pariser Abkommen, das den globalen Temperaturanstieg auf unter 2 °C begrenzen soll, stehen umweltfreundliche und klimaneutrale Lösungen branchenübergreifend im Fokus. Auf dem Weg zu einem klimaneutralen Europa spielt vor allem Heizen eine wichtige Rolle: Mehr als ein Drittel der Treibhausgasemissionen in der EU stammen aus der Energienutzung von Gebäuden. Aufgrund zentraler Wärmeerzeugung, niedriger Betriebstemperaturen und Flexibilität hinsichtlich der Energiequelle können Nahwärmenetze, die mit leistungsfähigen vorgedämmten Rohren ausgestattet sind, einen sinnvollen Ansatz für energieeffizientes, nachhaltiges Heizen darstellen.

Foto: „Ecoflex“ von Uponor bei der Sanierung eines Fernwärmesystems in Scunthorpe, Großbritannien.
Quelle: Uponor
Das flexible, vorgedämmte Rohrsystem „Ecoflex“ von Uponor im Einsatz bei der Sanierung eines Fernwärmesystems in Scunthorpe, Großbritannien.

Das Heizen und Kühlen von Gebäuden ist eine der Hauptquellen von CO2-Emissionen und besitzt einen großen Anteil des Gesamtenergiebedarfs in der Europäischen Union. Nah- und Fernwärmenetze bieten viele Vorteile in Bezug auf die Energieeffizienz von Gebäuden und den Komfort ihrer Bewohner. Sie eignen sich besonders für städtische, dicht besiedelte Gebiete – aktuell leben 74,3 Prozent der europäischen Bevölkerung in Städten, dementsprechend vielversprechend sind Wärmenetze. Allerdings werden derzeit nur etwa zwölf Prozent der EU-Bürger – vor allem in Nord-, Mittel- und Osteuropa – durch Nah- und Fernwärmesysteme mit Wärme versorgt. Dies liegt deutlich unter dem realisierbaren Marktanteil, der in verschiedenen Ländern schätzungsweise zwischen 60 und 80 Prozent des Wärmemarktes liegt. Im Vergleich dazu decken Nah- und Fernwärmenetze in den skandinavischen und baltischen Ländern mehr als 50 Prozent des Wärmebedarfs ab. Die größte Chance für das Netzwachstum liegt daher vor allem in Mittel- und Südwesteuropa. Fern- und Nahwärmenetze bergen ein großes, aber weitgehend ungenutztes Potential zur Verbesserung der Energieleistung von europäischen Gemeinden, insbesondere wenn sie auf einem niedrigen Temperaturniveau betrieben werden.

Grafik: Der Trend zu niedrigeren Betriebstemperaturen ermöglichte den Einsatz neuer, innovativer Materialien in Fern- und Nahwärmenetzen.
Quelle: Uponor
In Fern- und Nahwärmenetzen wurden im Laufe der Zeit unterschiedliche Rohr- und Dämmmaterialien verwendet. Der Trend zu niedrigeren Betriebstemperaturen hat den Einsatz neuer, innovativer Materialien ermöglicht.

Niedertemperatur-Nahwärme im Fokus

Der Einfluss, den Energiesysteme auf Gemeindeebene auf die Nachhaltigkeit und Energieeffizienz von Gebäuden haben, ist immer öfter Gegenstand von Forschungsarbeiten, insbesondere durch die Programme „Energy in Buildings and Communities“ (IEA BCS) und „District Heating and Cooling“ (IEA DHC) der Internationalen Energieagentur (International Energy Agency, IEA). Besonders interessant ist die Forschung der IEA zur optimierten Leistung von Energieversorgungssystemen. Sie skizziert einen Niedrig-Exergie-Ansatz für Gemeinden – eine Wärmeversorgung aus nachhaltigen Energiequellen und durch effiziente Systeme – und die damit verbundenen Überlegungen, wie sich die Energieversorgung optimieren lässt. Nach den Erkenntnissen der IEA aus dem Jahr 2019 besteht eine klimaneutrale Wärmeversorgung aus drei wesentlichen technologischen Elementen:

  1. Energieeffiziente Gebäude, deren durchdachte Konstruktion zusammen mit einer optimalen Dämmung und einer intelligenten Heizungssteuerung den Gesamtwärmebedarf senkt und Wärmeverluste minimiert.

  2. Effiziente Wärmenetze, die so konzipiert sind, dass sie den höchstmöglichen Anteil an erneuerbaren Energiequellen nutzen und deren Wärmeerzeuger mit maximaler Effizienz läuft. Darüber hinaus minimieren die Dämmung, ein intelligentes Management und niedrige Betriebstemperaturen die Wärmeverluste.

  3. Nachhaltige Energiequellen: Bereitstellung der Wärme aus zentralen oder dezentralen, erneuerbaren sowie kohlenstoffarmen oder kohlenstoffneutralen Wärmequellen.

Entsprechend ausgelegte Nah- und Fernwärmenetze erfüllen diese Kriterien vor allem in dicht besiedelten Stadtgebieten. Am vielversprechendsten und effizientesten sind dabei Versorgungstechnologien, die es ermöglichen, unterschiedliche Wärmebedarfe mit einem maximalen Anteil an preisgünstigen, heimischen und erneuerbaren Energieträgern zu bedienen. Ein gemeinsames Merkmal dieser Wärmenetze sind möglichst niedrige Betriebstemperaturen, die weder Durchflussmenge noch Pumpenenergie in einem Maße erhöhen, das die Vorteile der thermischen Effizienz aufheben würde.

Visualisierung: „Ecoflex VIP“ von Uponor ist eine hocheffiziente Installationslösung für Nahwärmenetze.
Quelle: Uponor
Mit „Ecoflex VIP“ hat Uponor eine hocheffiziente Installationslösung für Nahwärmenetze vorgestellt.

Rohrsystem mit erheblichem Einfluss

Zusammen mit der Energiequelle und dem Wärmeerzeuger bildet das Rohrsystem, das sie mit den Gebäuden verbindet, die Kernkomponente eines jeden Wärmenetzes. Seine Kapazität und Dämmleistung sind entscheidende Faktoren für die Gesamtenergieeffizienz des Systems. Im Allgemeinen bestimmen Netzgröße und Betriebstemperatur die Wahl des Rohrmaterials. Für große Fernwärmenetze, die mit hohen Temperaturen von 120 °C oder höher betrieben werden, sind Stahlrohre mit großen Durchmessern der Industriestandard. Nahwärmenetze werden dagegen meist mit niedrigen Temperaturen von maximal 80 °C betrieben, was zusammen mit der geringeren Entfernung dazu beiträgt, Wärmeverluste zu minimieren. Der Industriestandard für diese kleinen und mittleren Netze sind PE-Xa-Kunststoffrohre, die mit PEX- oder PUR-Schaum vorgedämmt sind. Vorgedämmte Kunststoffrohre zeichnen sich durch eine gute Dämmleistung aus, sind langlebig, korrodieren nicht, sind flexibel und einfach zu verlegen. Das macht sie auch zur idealen Lösung, wenn im Zuge einer Renovierung nur ein Teil oder ein ganzes Netz erneuert werden muss. Darüber hinaus verlängern niedrigere Temperaturen auch die zu erwartende Lebensdauer der Kunststoffrohre.

Mit dem vorgedämmten Rohrsystem „Ecoflex Thermo VIP“ hat Uponor eine Brancheninnovation auf den Markt gebracht, die diese Vorteile noch weiter in den Fokus rückt. Aufgrund seines hybriden Aufbaus hat „Ecoflex Thermo VIP“ eine verbesserte Dämmleistung von bis zu 60 Prozent gegenüber PEX-geschäumten Rohren mit vergleichbarem Außendurchmesser. Gegenüber Produkten mit hartgeschäumter PUR-Dämmung erreicht diese Lösung eine um bis zu 38 Prozent verbesserte Dämmleistung. Das liegt vor allem an dem innovativen Dämmstoff der Rohre: den Vakuum-Isolations-Paneelen (VIP), mit einem Lambda-Wert von nur 0,004 W/mK. Die Paneele steigern nicht nur die Dämmleistung der Rohre, sondern reduzieren auch deren Außendurchmesser um bis zu 30 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen vorgedämmten Rohren mit Weichschaum. Aufgrund ihrer Flexibilität und ihres geringen Biegeradius lassen sich „Ecoflex Thermo VIP“-Rohre zudem besonders schnell verlegen. Installateure können im Vergleich zu flexiblen vorgedämmten Rohren mit PUR-Schaum-Dämmung bis zu 20 Prozent, im Vergleich zu Stahlrohren sogar bis zu 60 Prozent der Installationszeit sparen.

Beispiel: Fernwärmesystem in Scunthorpe

Die ursprünglich in den 1960er-Jahren errichtete Wohnsiedlung Market Hill in Scunthorpe (Großbritannien) besteht aus zehn Maisonette-Blöcken mit jeweils acht Wohnungen und drei Hochhäusern mit jeweils 76 Wohnungen. Alle Gebäude werden über ein Fernwärmenetz versorgt. Aufgrund von übermäßiger Korrosion und Leckagen mussten die Rohrleitungen erneuert werden. Die komplette Erneuerung des Systems musste mit minimaler Beeinträchtigung der 350 Bewohner und ohne deren vorübergehenden Umzug geschehen. Mit dem flexiblen, vorgedämmten Rohrsystem „Ecoflex“ von Uponor konnte man diese Anforderungen im Projekt „Market Hill“ erfüllen und über weite Distanzen eine verbindungsfreie Verlegung ermöglichen. Außerdem fiel die Wahl auf Kunststoffrohre statt auf eine Alternative aus Stahl, weil sich die Rohre so neben den bestehenden Leitungen verlegen und zusammen mit den alten, noch aktiven Leitungen betreiben ließen. Durch diese Flexibilität beschränkte sich die Beeinträchtigung durch die Bauarbeiten auf ein Minimum und die Bewohner konnten in ihren Wohnungen bleiben. Insgesamt wurden 1.500 m Rohr verlegt und die Bewohner in Scunthorpe profitieren nun von einem gemeinsamen, effizienten Wärmenetz mit 80 °C Vorlauftemperatur.

Freitag, 23.07.2021