Fernwärme Technik

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Fernwärme – die Technik verständlich erklärt

Fernwärme wurde bereits vor über 2000 Jahren bei den Römern eingesetzt. Aus archäologischen Funden weiß man heute, dass die Römer das heiße Thermalwasser nicht nur zum Baden nutzten, sondern dieses auch über Leitungen in die Gebäude geleitet und dort in Fußbodenheizungen verwendet haben.

Fernwärmeleitungen © focus finder, stock.adobe.com
Fernwärmeleitungen © focus finder, stock.adobe.com

Heutzutage bestehen Fernwärmenetze in Deutschland aus Heizkraftwerken, Fernwärmenetzen, die in der Regel mit Heißwasser betrieben werden, und den Hausanschlüssen mit der Übergabestation. Erzeugt wird Fernwärme meist in Heizkraftwerken mit Kraft-Wärme-Kopplung. Über ein in der Erde verlegtes und gedämmtes Rohrleitungssystem wird sie dann an die Verbraucher transportiert.

Da auch bei sehr guter Dämmung des Leitungsnetzes Energieverluste entstehen, kann ein Fernwärmenetz nur über eine bestimmte Distanz bis etwa 20 oder maximal 30 Kilometer wirtschaftlich betrieben werden. Üblich sind sternförmige Verteilstrukturen.

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Erzeugung der Wärme

Mehr als 80 Prozent der per Fernwärme bereitgestellten thermischen Energie wird innerhalb einer KWK-Anlage gewonnen. Die benötigte Wärme wird dabei vom Kraftwerk selbst durch einen Verbrennungsvorgang erzeugt. Hierbei kann generell jeder Brennstoff verwendet werden. Neben fossilen Energieträgern wie Kohle, Gas und Öl, kommen auch erneuerbare Energieträger wie Holz, Biogas oder Solarthermie in Frage, ebenso wie Geothermie und Müll in Müllverbrennungsanlagen. Teilweise wird auch die Abwärme von Industriebetrieben wie Raffinerien oder Stahlwerke genutzt.

Für Fernwärme eigenen sich viele Brennstoffe
Für Fernwärme eigenen sich viele Brennstoffe

Besonders nachhaltig sind Fernwärmetechnologien, wenn sie mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energiequellen betrieben werden. Diese energieeffizienten Systeme, die nur geringe CO2- und Schadstoff-Emissionen erzeugen, werden stetig weiterentwickelt. Unser Nachbarland Dänemark ist hier beispielsweise schon wesentlich weiter als Deutschland und kann uns mit Erfahrungswerten unterstützen.

Zum Einsatz kommen aktuell in Deutschland immer noch überwiegend fossile Brennstoffe, an erster Stelle Erdgas.

Wie funktioniert Kraft-Wärme-Kopplung?

Thermische Kraftwerke erzeugen einen Großteil des Strombedarfs in Deutschland, indem sie die aus einem Brennstoff freigesetzte Wärme zur Stromerzeugung nutzen. Das Besondere an Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen ist, dass diese die entstehende Abwärme nicht einfach an die Umgebung abgeben, sondern in ein Fernwärmenetz einspeisen. Dadurch haben sie einen höheren Nutzungsgrad, das heißt mit derselben Menge Brennstoff wird mehr nutzbare Energie bereitgestellt.

Fernwärme: KWK-Anlagen sind effizienter als Dampfkraftwerke

Gegenüber einer separaten Strom- beziehungsweise Wärmeerzeugung erzielt die Kraft-Wärme-Kopplungs-Technik bis zu 30 Prozent Einsparungen bei den Brennstoffen.

Fernwärme Schema
Fernwärme nutzt die Kraft-Wärme-Kopplung, © Bild: BFW Bundesverband Fernwärmeleitungen

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Primärenergiefaktoren von Fernwärmenetzen

Der Primärenergiefaktor eines Gebäudes in im Rahmen der Energieeinsparverordnung (EnEV) festgelegt. Für eine Baugenehmigung ist die Berechnung des Jahres-Primärenergiebedarfs notwendig.

Unter dem Primärenergiebedarf versteht man nicht nur die tatsächlich benötigte und gemessene Energie, sondern auch den Energiebedarf zur Förderung, Aufbereitung und Umwandlung des Brennstoffs sowie der Verteilung der Wärme.

Der Primärenergiefaktor dient zur Ermittlung der Energiebilanz eines Gebäudes
Der Primärenergiefaktor dient zur Ermittlung der Energiebilanz eines Gebäudes

Der Primärenergiefaktor unterscheidet sich je nach Energieträger erheblich. Ein niedriger, guter Primärfaktor erleichtern Hausbesitzern die Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben, da sie die Anforderungen an die Gebäudehülle verringern.

Bei Fernwärmenetzen wird die Wärmeerzeugung meist nicht durch einen Brennstoff, sondern durch eine individuelle Kombination gewährleistet. Deshalb können hier keine Pauschalfaktoren angesetzt werden und der Primärfaktor muss errechnet werden.

Tipp: Fernwärmenetze mit einem Wärmeanteil von über 70 Prozent aus Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen oder mit Heizwerken, die nur mit erneuerbaren oder fossilen Brennstoffen betrieben werden, dürfen Pauschalfaktoren verwenden.

Die Berechnung wird nach dem Arbeitsblatt AGFW FW 309 Teil 1 „Energetische Bewertung von Fernwärme – Bestimmung der spezifischen Primärenergiefaktoren für Fernwärmeversorgungssysteme“ vom Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e.V. erstellt. Die Berechnung darf ausschließlich von einem geprüften „fp-Gutachter FW 609“ durchgeführt werden. Dieser muss eine gültige Prüfbescheinigung besitzen.

Transport und Verteilung der Wärme

Als Transportmedium für die in der KWK-Anlage ausgekoppelte Abwärme wird in der Regel Wasser, entweder als Dampf oder in flüssiger Form verwendet, da es sich durch seine große Wärmekapazität besonders gut für den Wärmetransport eignet.

Fernwärme nutzt Wasserdampf der in der Turbine nicht mehr gebraucht wird
Fernwärme nutzt Wasserdampf der in der Turbine nicht mehr gebraucht wird

Aktuell sind überwiegend Heißwassernetze im Einsatz. Über isolierte Rohrleitungssysteme wird das heiße Wasser unter Druck zu den Verbrauchern transportiert.

Übergabestation
Übergabestation, © Bild ulrichulrich wikipedia

Eine indirekte Versorgung findet dabei über zwei getrennte Kreisläufe statt – dem Fernwärmenetz und dem hauseigenen Heizkreislauf. Über eine Kompaktstation erfolgt die Wärmeübergabe dann in den Warmwasserkreislauf des Verbrauchers. Dafür wird ein Wärmetauscher benötigt, der die Wassertemperatur dafür reduziert. Bei Großverbrauchern kann der Fernwärmekreislauf auch direkt, ohne eine Trennung, an den Verbraucherkreislauf angekoppelt sein. Bei dieser Version gibt es keinen Wärmetauscher.

Wie die Auslegung der Übergabestation beim Verbraucher beschaffen ist, richtet sich dabei in erster Linie nach dem Wärmebedarf für das Brauchwasser, weniger nach dem primären Bedarf an Heizwärme. Der Grund ist darin zu suchen, dass in jedem Fall die Wassertemperatur in der Warmwasseranlage auf einem Temperaturniveau von über 60 Grad Celsius gehalten werden muss, um eine Verunreinigung mit Legionellen zu vermeiden. 

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