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Die Panoramasicht zeigt den eigens entwickelten Prüfstand mit Heizungspufferspeicher und Frischwassersystem.
© Hochschule München
Niedrig-Exergie-Systeme
Projektinfo 14/2015

Die Grafik zeigt die geothermale Wärmeleistung in Abhängigkeit von der Reinjektionstemperatur des Thermalwassers.
© Hochschule München
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Fernwärme effizient nutzen

Heizungs- und Trinkwarmwassersysteme in Fernwärmenetzen sollen künftig zunehmend mit Umweltwärme niedriger Temperatur auskommen. Doch derzeit werden die Auskühlpotenziale noch nicht zufriedenstellend genutzt. Zu hohe Rücklauftemperaturen und Volumenströme sind die Regel. Hier setzt das Projekt LowEx-Systeme an: Forscher entwickelten und testeten verschiedene Ansätze zur Senkung von Rücklauftemperaturen aus Kundenanlagen, etwa das druckverlustarme Wärmeverteilsystem und die kaskadische Trinkwassererwärmung mit Wärmespeicherung.

Bis 2040 soll München die erste deutsche Großstadt werden, in der Fernwärme zu 100% aus erneuerbaren Energien gewonnen wird. Um diese Vision zu realisieren, soll die hydrothermale Geothermie weiter ausgebaut und das Fernwärmenetz optimiert werden. Eine effiziente Integration erneuerbarer Energien in Fernwärmesysteme ist nur in Verbindung mit niedrigen Rücklauftemperaturen möglich. Wird die Fernwärmerücklauftemperatur von 60 auf 40 °C abgesenkt, kann die geothermale Wärmeleistung um bis zu 70% erhöht werden. Grundsätzlich gilt daher: Je niedriger das Temperaturniveau des Wärmenetzes, desto höher kann der Anteil aus regenerativen Wärmequellen sein. Besonders die Rücklauftemperatur beeinflusst die Leistungsfähigkeit einer Anlage entscheidend.

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In vielen Wärmenetzen ist diese aber im Sommer aufgrund der Trinkwassererwärmung (TWE) deutlich zu hoch. Die Ursache ist nicht bei der Fernwärmeerzeugung zu suchen, sondern auf der Seite der Fernwärmekunden. Bisherige Forschungsarbeiten zeigten, dass es gerade bei der Gebäudeheizung und TWE ein weitgehend ungenutztes Anwendungspotenzial für sogenannte Niedrigexergie-Systeme gibt. Für konventionelle Heizungsanlagen entwickeln Hersteller ihre Systemkomponenten schon aus eigenem, wirtschaftlichem Interesse ständig weiter. Bei Übergabestationen stockt die Entwicklung jedoch wegen der vergleichsweise kleinen Stückzahlen. Im Forschungsvorhaben LowEx-Systeme untersuchten die Stadtwerke München, die Hochschule München und Ebert-Ingenieure, inwiefern sich Niedertemperatur-Systeme in Gebäuden optimieren lassen. Ihre These: Gelingt eine Verschiebung der Wärmeversorgung hin zu niedrigeren Temperaturniveaus, arbeiten vorgelagerte Erzeugungsanlagen effizienter.

Die Krux mit der Rücklauftemperatur

Nicht nur in Kraft-Wärme-gekoppelten Fernwärmesystemen, auch bei Heizsystemen mit Biomasse, Brennwerttechnik und solarer Heizungsunterstützung sind niedrige Rücklauftemperaturen sowie eine möglichst große Temperaturspreizung von Vorteil. Nur mit ihnen kann eine hohe Effizienz des Gesamtsystems erreicht werden. Bei der solaren Heizungsunterstützung beispielsweise sorgt eine niedrige Rücklauftemperatur dafür, dass die Energieausbeute der Sonnenkollektoren durch die niedrige Betriebstemperatur steigt.

Was ist Exergie?

Exergie ist eine thermodynamische Größe und bezeichnet den Anteil eines Energiestromes, der in mechanische Arbeit umgewandelt werden kann. Anergie ist der Anteil, der nicht in mechanische Arbeit umgewandelt werden kann. Bei regenerativer Wärmeerzeugung oder Abwärmenutzung sind meist nur niedrige Temperaturen verfügbar und der Exergieanteil ist gering. Diese Wärmequellen können im Gebäude mit sogenannten Niedrigexergiebeziehungsweise LowEx-Systemen für Heizung und Trinkwassererwärmung genutzt werden.

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Projektbeteiligung
Hochschule München, VSG

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