MERKBLATT FERNWÄRME

MERKBLATT FERNWÄRME

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Impressum

Das Programm „Bauen und Sanieren" ist Teil der vom Bundesministerium für Land- und Forstwirt- schaft, Umwelt und Wasserwirtschaft (Lebensministerium) gestarteten Klimaschutzinitiative klklkl

kliiiimamamama:aktiv.

Strategische Gesamtkoordination: Lebensministerium, Abt. Umweltökonomie und Energie: Dr. Marti- na Schuster, Dr. Katharina Kowalski, Elisabeth Bargmann BA, Hannes Bader

Medieninhaber und Herausgeber:

Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft Abteilung V/2 – Umweltökonomie und Energie, A-1010 Wien, Stubenbastei 5 Verfasser:

Die Erstellung der Merkblätter erfolgte im Rahmen der Entwicklung der klimaklimaklimaklima:aktiv Kriterienkatalo- ge.

Energieinstitut Vorarlberg Martin Ploss

Stadtstrasse 33 / CCD

A - 6850 DornbirnTel: +43 (0)5572 / 31 202 - 85 martin.ploss@energieinstitut.at

Programmmanagement Bauen und Sanie- ren

ÖGUT – Österreichische Gesellschaft für Umwelt und Technik

Hollandstraße 10/46, 1020 Wien Tel: +43 (1) 3156393-0

klimaaktiv@oegut.at

Foto Titelblatt: Sergiy Serdyuk / Fotolia.com Stand: Juli 2011

GRUNDLAGEN / NUTZEN

Als Fernwärme werden Energieversor- gungssysteme bezeichnet, bei denen an einer zentralen Stelle Wasser erwärmt wird (z.B. in einem Heizkraftwerk mittels Biomasse) und über Rohrleitungssysteme zu den Verbrauchern (Gebäude) geführt wird.

Durch die Nutzung von Fernwärme z.B.

aus Abwärme oder Kraft-Wärme- Kopplung (KWK) für Heizung und Warm- wasserbereitung kann die eingesetzte Primärenergie sehr effizient genutzt wer- den. Es kann somit die „Abfall“-Energie von anderen Prozessen wie beispielsweise der Stromerzeugung oder Produktions- prozessen aus der Industrie genutzt wer- den. Ohne eine Nutzung würde diese thermische Energie ungenutzt über Rück- kühler an die Außenluft oder in Seen und Flüsse abgeben werden. Auch wenn es sich um die Nutzung von „Abfall“-Wärme handelt, muss auch mit dieser Energie sorgsam umgegangen werden und Verlus- te v.a. bei der Verteilung auf ein mögliches Minimum hin reduziert werden müssen.

KOMPONENTEN

Eine Fernwärmeversorgung besteht in erster Linie aus den nachfolgenden Kom- ponenten:

• Wärmeerzeuger

• Fernwärme-Rohrnetz

• Übergabestation

• Hauswärmerohrnetz

Wärmeerzeuger

Um die gesetzte Primärenergie bestmög- lich ausnutzen zu können, sollte die er- zeugte Wärme aus vorgelagerten Prozes- sen stammen, wie etwa der Stromerzeu- gung oder anderen Prozessen, bei denen

spielsweise durch den Einsatz von Kraft- Wärme-Kopplung (KWK) die Effizienz von Kraftwerken deutlich erhöht werden. Wäh- rend bei der herkömmlichen Stromerzeu- gung Wirkungs- und Nutzungsgrade von 35 % bzw. von etwa 55% beim Einsatz von Gas-und-Dampf-Kombikraftwerken reali- siert werden können, erreicht man bei KWK-Kraftwerken (KWK-Anlagen) Nut- zungsgrade von über 80%.

Fernwärme-Rohrnetz

Um das warme bzw. heiße Wasser vom Wärmeerzeuger zu den Abnehmern trans- portieren zu können, wird ein Fernwärme- Rohrnetz benötigt. Bei diesen Rohrnetzen spielen vor allem zwei Parameter eine Rolle, die sich wiederum auf andere aus- wirken. Erstes Ziel ist es, warmes Wasser von A nach B zu transportieren. Zweites Ziel ist es, dies möglichst effizient zu be- werkstelligen. Das heißt, dass es beim Fernwärme-Rohrnetz immer ein Abwägen ist zwischen Rohrdurchmesser, Vorlauf- temperatur, Verlusten und Kosten (Be- triebs- und Investitionskosten) ist. Je Grö- ßer die Dimension der Rohrleitung, umso mehr heißes Wasser, sprich Energie kann über diese Leitung transportiert werden.

Allerdings steigt hierbei auch die Rohr- oberfläche und somit auch die Verluste.

Außerdem nehmen die Investitionskosten zu. Je kleiner das Rohr ist, umso höher muss die Durchflussgeschwindigkeit sein, um die gleiche Wasservolumen und somit die gleiche Energiemenge zu transportie- ren, was sich in einem höheren Strombe- darf für die Pumpen niederschlägt. Eine andere Möglichkeit ist es, den Volumen- strom beizubehalten und aber die Tempe- ratur zu erhöhen. Dadurch bleibt der Strombedarf gleich, erhöht sich aber der Verlust. Je höher allerdings der Unter- schied zwischen Vor- und Rücklauftempe- ratur ist, umso wirtschaftlicher stellt sich

Um die Wärmeverluste über die Rohrlei- tungen zu minimieren sollten die Tempe- raturen im Rohrleitungsnetz nicht höher als notwendig sein und die Rohrleitungen bestmöglich gedämmt werden. Bei Fern- wärmeleitungen liegen die Wärmeverluste im Jahresmittel bei 10-14% [Recknagel].

Zur Minimierung der Wärmeverluste soll-

ten Fernwärmeleitungen mindestens mindestens mindestens mindestens wie in der nachfolgenden Tabelle dargestellt gedämmt werden.

Bei anderen λ _40°C-Werten sind die Dämm- stärken gemäß der Formel nach ÖNORM M 7580 zu korrigieren.

Abb. 1: Dämmung von Fernleitungen in Abhängigkeit des Rohrdurchmessers [Quelle:

http://portal.foerdermanager.net/download/index/mediafile/72/Richtlinien_NAHWAERME_070 72010.pdf]

Übergabe-Station

In der Übergabe-Station wird die Wärme des Fernwärmenetzes an das Hausnetz

übergeben. Eine

Fernwärmeübergabestation besteht überlicherweise aus einem Wärmeübertrager (der das Leitungsnetz des Hauses von dem Fernwärmenetz trennt), einem Wärmemengezähler, Ventile (Sicherheits- bzw. Drosselventile) sowie ggf. einer Umwälzpumpe im Sekundärkreis des Wärmetauschers.

Wichtig hierbei ist eine gut Dämmung des Wärmeübertragers sowie der Rohrleitungen des Übergabestation an sich.

Abb. 2: Fernwärmeübergabestation bis 25 kW [Quelle: Fernwärme Weiz GmbH, www.fwgweiz.at]

PLANUNGSHINWEISE

Um gute Primärenergiewerte zu errei- chen, sollte mindestens 70% der Fern- wärme aus Kraft-Wärmekopplung und/oder aus Abwärme kommen. Bei der Berechnung des Anteils werden die fol- genden Wärmequellen berücksichtigt

- Wärme aus KWK

- Abwärme aus thermischer Verwer- tung Abfall

- Abwärme aus industriellen Pro- zessen

- Wärme aus regenerativen Quellen

Nach Möglichkeit sollten Heizung und Warmwasserbereitung über Fernwärme aus Abwärme oder KWK erfolgen. Je hö- her der Anteil der regenerativen Energie- träger ist, umso positiver wirkt sich das auf den Primärenergiefaktor und somit auf den Primärenergiebedarf bzw. – verbrauch aus. Das Hauptbewertungskri- terium, ob sich der Einsatz eines Fern- wärmesystems aus energetischer und ökologischer Sicht lohnt, muss stets der Primärenergieeinsatz (Primärenergiefak- tor) des jeweiligen Fernwärmeanbieters sein. Fernwärme ist energetisch nur dann sinnvoll, wenn der Primärenergiefaktor

deutlich niedriger ist als der Primärener- giefaktor bei direkter Nutzung eines Brennstoffes (z.B. Gas). Dies liegt an den zum Teil sehr hohen Verteilverlusten eines Fernwärmesystems.

Da jedes Fernwärmesystem anders auf- gebaut ist, sollten beim jeweiligen Fern- wärmeanbieter Informationen darüber eingeholt werden, mit welchem Primär- energiefaktor das jeweilige System bewer- tet werden kann. Bei dieser Bewertung sollte allerdings immer der aktuelle Kraftwerkspark berücksichtigt sein, da hiervon maßgeblich der Anteil der regene- rativen Energien und somit die eingesetzte Primärenergie abhängt.

Nachfolgend ist ein Beispiel dargestellt, wie von einer externen und neutralen In- stitution der Primärenergiefaktor sowie der Anteil der durch Kraft-Wärme- Kopplung sowie durch regenerative Ener- gien erzeugte Fernwärme bescheinigt wird.

Außerdem sollte mit dem Betreiber des Fernwärmeanschlusses abgeklärt wer- den, ob es eine Abnahmeverpflichtung gewisser Energiemengen zu einem gewis-

vielen Fernwärmelieferanten die maxima- le Rücklauftemperatur nach dem Wärme- übertrager limitiert wird. Dies ermöglicht ihnen eine bessere Auslastung der Fern- wärmenetze sowie der Wärmeerzeuger, hat aber direkte Auswirkungen auf den

Betrieb des gebäudeseitigen Heizungsnet- zes, da hierdurch die Rücklauftemperatur des Fernwärmeanschlusses beeinflusst wird

Abb. 3: Beispiel eines Zertifikat über den Primärenergiefaktor eine Fernwärmesystems [Quelle: EVN Wärme GmbH]

Da der Primärenergieaufwand eines Fernwärmesystems neben der Erzeugung auch maßgeblich von den Verlusten ab- hängt, gilt es diese zu minimieren. Neben einer absoluten Reduktion der Verluste durch Wärmedämmung (siehe Punkt Fernwärme-Rohrnetz), können auch noch weitere Maßnahmen zur Senkung der Ver- luste umgesetzt werden. Zum einen sollte das Fernwärmenetz so kurz wie möglich aufgeführt werden, um die aufsummierten Verlusten über das Rohrnetz zu minieren.

Auf der anderen Seite sollte das Verhältnis von abgenommener Wärmemenge zu der Länge des Rohrleitungsnetzes möglichst groß. Je mehr Gebäude je Meter bzw. Ki- lometer Rohrleitung angeschlossen sind (je mehr Wärmemenge also je pro Meter abgenommen wird) umso geringer sind im Verhältnis die Verluste des Verteilsystems.

Als Zielwert sollte hier mindestens 1,2 MWh je Laufmeter Trasse (inkl. Hausan- schlussleitungen) abgenommen werden, um ein gutes Nutzen-Verlust-Verhältnis zu erhalten [Vorarlberg].

HINTERGRUNDINFORMATION

Um ein Gefühl für mögliche Anteile rege- nerativer Energien bei Fernwämesyste- men zu bekommen, sind nachfolgend drei Beispiele aufgeführt:

Beispiel Salzburg:

Der Anteil der Fernwärme aus KWK und Abwärme bzw. erneuerbaren Energieträ- gern betrug in Salzburg 94,7% im Jahr 2005.

Gesamte Wärmeerzeugung 2005

541,8 GWh Erzeugte Wärme aus KWK 2005

508,4 GWh

Eingespeiste Wärme aus Abwärme fossil bzw. erneuerbarer Energie 4,8 GWh

(508,4+4,8)/541,8 = 94,7%

CO₂-Emissionsfaktor: 150 g/kWh

Beispiel Wien:

Der Anteil von Abwärme aus Müllverbren- nung und KWK betrug in Wien im Jahr 1996 21+71 = 93%. Die für klima:aktiv Häuser festgelegte Anforderung von 90%

ist also recht anspruchsvoll. Neuere Zah- len für Wien habe ich nicht gefunden, sinnvoller wäre es m.E., einen maximalen Primärenergiefaktor oder maximale CO₂- Emissionen für die Fernwärme vorzuge- ben.

Beispiel Österreich

Nachfolgende Zahlen aus: Fernwärme in Österreich - Zahlenspiegel 2005, in:

www.gaswaerme.at

Österreichweit wurden im Jahr 2005 72,9% der Fernwärme in KWK gewonnen, 12% aus biogenen Brennstoffen (inkl.

Müll!). Im Österreich weiten Mittel wird die Anforderung von 90% aus Kraft- Wärmekopplung und Abwärme also nicht erreicht.

Brennstoffe:

54% Erdgas

12% Erneuerbare (inkl. Müll) 22% Kohle

12% Öl

CO2-Emissionen aus Fernwärme im Ös- terreich-Mix: 140 g/kWh

Quellen

[Pölz] W. Pölz, S. Böhmer

Emissionen der Fernwärme Wien 2003

Ökobilanz der Treibhausgas- und Luftschadstoffemissionen aus dem Anlagenpark der Fernwärme Wien GmbH

Umweltbundesamt (Herausgeber) Wien, 2005

[prEN 15316-4-5] CEN (Europäisches Komitee für Normung

Europäische Norm prEN 15316-4-5 (Entwurf Oktober 2005)

Heizanlagen in Gebäuden – Berechnung und Bewertung der Energieef- fizienz von Systemen – Teil 4-5: Wärmeerzeugung für die Raumhei- zung, Leistungsdaten und Effizienz von Fernwärme- und großvolumi- gen Systemen

[Gaswärme] Der Umwelt zuliebe – Fernwärme

Fachverband der Gas- und Wärmeversorgungsunternehmungen (Her- ausgeber)

www.gaswaerme.at

[Diefenbach] Wärmeversorgung für Niedrigenergiehäuser – Erfahrungen und Per- spektiven

Institut Wohnen und Umwelt, 30.08.2005 [Recknagel] Recknagel, Sprenger, Schramek

Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik 05/06 Oldenbourg Industrieverlag, München

[AGFW] Arbeitsgemeinschaft für Wärme und Heizkraftwirtschaft e.V., Frankfurt www.agfw.de

[fördermanager] Fördermanager.net

Amt der Salzburger Landesregierung Abteilung 4: Lebensgrundlagen und Energie [Vorarlberg] Amt der Vorarlberger Landesregierung

Informationsblatt der Vorarlberger Landesregierung zur Förderung von Biomasse-Nahwärmeprojekten (Ausführungsrichtlinie)