Teil 2: Bewertungs-Tool für Kosten und Netzstruktur

Kosten

Auf Basis von fünf Fernwärmenetzen, von denen detaillierte Daten zum Netzplan, Rohrtyp, Dämm-stärken, einzelnen Anschlussleistungen und weiteren Daten vorhanden sind, wurde eine Auswertung mit dem Bewertungs-Tool vorgenommen und mit einer Sensitivitätsanalyse der Einfluss durch Ände-rung einzelner Parameter wie dem Rohrdurchmesser untersucht. Nach Erhebung der kleinstmöglichen Rohrdurchmesser wurde mit diesen das Netz erneut simuliert. Zusätzlich wurde der Einfluss einer Ab-senkung der Rücklauftemperatur um 10°C sowie der Verbesserung der Wärmedämmung untersucht.

Die Auswertung zeigt folgende Trends:

• Die Kosten der Wärmeverteilung verteilen sich ungefähr wie folgt:

– Kapitalkosten 64%

– Wärmeverlustkosten 26%

– Pumpkosten 10%.

Diese Angaben gelten als Mittelwerte vor einer Optimierung. Sie unterscheiden sich aber zwi-schen den einzelnen Anlagen nur geringfügig und die Verteilung wird auch durch eine Optimie-rung nur geringfügig beeinflusst (ausser bei einem stark überdimensionierten Netz).

• Von den fünf untersuchten Netzen weisen 80% aller Teilstränge Rohrdurchmesser auf, die grös-ser als minimal notwendig sind. Bei Betrachtung der einzelnen Netze beträgt der Anteil überdi-mensionierter Teilstränge zwischen 30% und 100%. Häufig sind einzelne Teilstränge ein oder zwei Nenndurchmesser grösser als notwendig, in einem Fall liegen jedoch bis zu viermal grössere Rohrdurchmesser vor. Rund 73% aller Teilstränge nutzen lediglich 50% oder weniger ihrer Über-tragungskapazität. Obwohl in Einzelfällen eine Kapazitätsreserve für spätere Netzausbauten die-nen kann, zeigt dies auf, dass insgesamt eine erhebliche Überdimensinierung der Netze vorliegt.

• Soweit eine Überdimensionierung zum Zweck von Reservekapazität ausgeschlossen wird, weist die Optimierung der Rohrdurchmesser das grösste Sparpotenzial in Bezug auf Wärmeverluste und Kosten auf. So können die Wärmeverluste im Mittel um 12% reduziert und mittlere Einspa-rungen der Gesamtkosten von 13% mit einer Bandbreite von 5% bis rund 30% erzielt werden.

Wenn zusätzlich die Rücklauftemperatur um 10°C abgesenkt wird, beträgt die Reduktion der Wärmeverluste 20% und diejenige der Kosten 21%.

• Durch Einsatz der maximalen Dämmstärke bei unveränderten Rohrdurchmessern können die Ver-luste und die Kosten ebenfalls reduziert werden, weshalb für Neuanlagen grundsätzlich der Ein-satz der maximalen Wärmedämmung empfohlen wird.

• Auf Basis einer Ist-Analyse der Netzstruktur von fünf ausgewählten Anlagen wird gezeigt, dass die

zu einem wesentlichen Teil auf die Überdimensionierung der Rohrdurchmesser zurückzuführen ist und die Überdimensionierung als Grund für die zu hohen Wärmeverluste identifiziert werden kann.

• Der spezifische Druckverlust der massgebenden Leitung gibt einen Hinweis zur Dimensionierung der Rohrdurchmesser (Bild 4.26). Dabei wird lediglich der weitest entfernte Abnehmer betrachtet.

Es kann aber davon ausgegangen werden, dass das ganze Netz nach denselben Auslegungs-grundlagen erstellt wurde wie die massgebende Leitung. Nach QM-Holzheizwerke wird ein spezi-fischer Druckverlust von 150 bis 200 Pa/Tm empfohlen. Aufgrund von Praxiserfahrungen wird eine Auslegung auf 200 Pa/Tm und zur Abdeckung der Spitzenlast mit weniger als 500 Betriebsstun-den pro Jahr auf 250 Pa/Tm empfohlen [6]. Die Ergebnisse zeigen, dass lediglich eine der fünf untersuchten Anlagen die Empfehlung nach QM erfüllt. Mit optimierten Rohrdurchmessern (OPT DN / OPT DN-dT) erfüllen alle Anlagen die Empfehlung.

• Neben der korrekten Dimensionierung der Rohrdurchmesser ist das Temperaturniveau im Netz wesentlich für die Wärmeverluste verantwortlich. Die Vorlauftemperatur wird dabei durch die Art und die Anforderungen der Verbraucher vorgegeben (Gebäude-Standard, Brauchwarmwasser-Er-zeugung, Prozesswärme, etc.). Demgegenüber wird die Rücklauftemperatur durch die Bauart und die Betriebsweise der Wärmeübergabestation und der sekundärseitigen Wärmeversorgung beein-flusst. Tiefe Rücklauftemperaturen setzen eine optimale Auslegung von Wärmeübertrager, Pum-pen und Ventilen sowie einen hydraulischen Abgleich von Übergabestation und Hauszentrale vor-aus. Altbauten mit geringer Wärmedämmung haben in der Regel einen positiven Einfluss auf die Anschlussdichte dafür aber meist eine hohe Rücklauftemperatur [7].

Netzstruktur

Die mit dem Bewertungs-Tool beschriebenen Beispiele zeigen, dass die Methode zur dimensionslo-sen Darstellung von Fernwärmenetzen im Kennlinien-Diagramm eine qualitative Charakterisierung der Netzstruktur ermöglicht. Ergänzend dazu können das Flächenverhältnis und die Kompaktheit als quantitative Kenngrössen zum Vergleich verschiedener Netzstrukturen dienen. Da die Netzstruktur zu-sammen mit der Anschlussdichte die Wirtschaftlichkeit eines Fernwärmenetzes grundlegend beein-flusst, ist in einer frühen Planungsphase eine Analyse der Netzstruktur mit einem Vergleich verschie-dener Varianten erforderlich, um die optimale Anordnung eines Netzes zu identifizieren. Dies gilt ins-besondere deshalb, weil die Netzstruktur durch die Anschlussdichte nicht erfasst wird und die An-schlussdichte deshalb allein nicht ausreicht um die optimale Anordnung eines Fernwärmenetzes zu finden. Obwohl bei bestehenden Netzen die Struktur in der Regel nur noch bedingt verändert werden kann, kann die Methode dabei zur Abschätzung der Wirkung unterschiedlicher Varianten zur Netzer-weiterung oder der Einbindung zusätzlicher Wärmeerzeuger dienen. Für die vorgestellte Methode ergeben sich damit unter anderem folgende Anwendungsmöglichkeiten:

• Beurteilung von Fernwärmenetzen: Existierende Fernwärmenetze können mit der vorgestellten

• Planung von Fernwärmenetzen: Für die Auslegung neuer oder die Erweiterung bestehender Fern-wärmenetze kann die Methode dazu dienen, unterschiedliche Anordnungen zu vergleichen und die Netzstruktur damit zu optimieren. Dabei sind zwei Szenarien möglich. So kann bei gegebenem Standort der Wärmezentrale die Netzstruktur für gegebene Abnehmer optimal ausgelegt werden.

Die grafische Auswertung unterschiedlicher Netzanordnungen ermöglicht einen raschen Vari-antenvergleich und die allfällige Aussonderung energetisch und ökonomisch unattraktiver Abneh-mer. Daneben kann bei gegebener Abnehmer-Struktur der optimale Standort der Zentrale durch iterative Bestimmung ermittelt werden.

Für Fernwärmenetze mit Eigenbedarf am Standort der Wärmezentrale ist zur Beurteilung der

Stand-ortwahl eine Betrachtung inklusive Eigenbedarf erforderlich. Für die ökonomische Beurteilung und den

Vergleich mit anderen Netzen ist dagegen eine Betrachtung ohne Eigenbedarf erforderlich.