Bild 1. Typischer Jahresverlauf der Fernwärmenetztemperatur (l.) gegenüber Heizungsnetztemperatur (r.) (Quelle: FFI)
Fernwärme ist eine sektorübergreifende Schlüsseltechnologie für die Transformation vorhandener Konzepte zur Energieversorgung im Zuge der Energie- und »Wärmewende« [1]. Die Senkung der Netztemperatur ist eine Voraussetzung für die hohe Energieeffizienz und den wirtschaftlichen Betrieb der vierten Fernwärmegeneration [2;3]. Dazu ist die Entwicklung innovativer Versorgungskonzepte in bestehenden Fernwärmenetzen immer von großer Bedeutung.
Konventionell wird die Fernwärme durch das Fernwärmeverteilungsnetz bis zum Endverbraucher transportiert. Die Schnittstelle der Wärmeverteilungs- und Heizungsnetze ist die Hausstation. Hier wird das Fernheizwasser zwischen Netzvor- und Rücklauf um rd. 30 bis 60 K abgekühlt. Typische Rücklauftemperaturen sind 50 bis 60 °C, während die Temperatur im Netzvorlauf lastabhängig (saisonal schwankend) zwischen 80 und 110 °C liegt [4]. Offensichtlich ist dabei, dass weder für die Raumheizung noch für die Trinkwarmwasserbereitung derart hohe Vorlauftemperaturen stets benötigt werden. Mit anderen Worten steht an der Hausstation Energie- und Exergie bereit, die für eine Verbesserung der Auskühlung zwischen Vor- und Rücklauf des Fernwärmenetzes genutzt werden kann (Bild 1). Vor allem steht die Senkung der netzseitigen Rücklauftemperatur im Fokus des durch das BMWi geförderten Forschungsprojekts zu den »Potenzialen von Absorptionswärmepumpen in zentralisierten Wärmeversorgungsnetzen« (AiF-Vorhaben: 19696N).
Wissenschaftlicher Ansatz und Methodik
Technologischer Ansatzpunkt ist die Integration einer thermisch angetriebenen Absorptionswärmepumpe (AWP) in der Hausstation. Durch das innovative Konzept werden einerseits die Energie aus dem Fernwärmevor- und Rücklauf zum Antrieb der Absorptionswärmepumpe genutzt, andererseits die konventionelle Wärmeversorgung des Gebäudes gewährleistet. Dafür werden die Betriebsparameter der Absorptionswärmepumpe an den Betrieb des Fernwärmenetzes angepasst. Die Wechselwirkungen der abgesenkten Rücklauftemperatur auf das gesamte Fernwärmenetz, z. B. Verteilungsverluste, Netzpumpenleistung, Gebrauchsdauer der Netzkomponenten, werden sowohl experimentell als auch durch Simulation untersucht.