Wärmenetz effizient berechnen
Die Simulation von Wärmenetzen ermöglicht eine präzise Planung und Dimensionierung. Durch die Modellierung können verschiedene Szenarien durchgespielt und die Auswirkungen von unterschiedlichen Betriebskonfigurationen und Umwelteinflüssen vorhergesagt werden. Dies führt zu einer besseren Ressourcennutzung und erhöht die Energieeffizienz des gesamten Systems.
Welche Arten von Wärmenetzen gibt es?
Ein Wärmenetz ist eine Infrastruktur, die Wärme in Form von heißem Wasser oder Dampf von einer zentralen Quelle zu verschiedenen Verbrauchern wie Wohngebäuden, Industrieanlagen oder Bürogebäuden transportiert.
Es handelt sich dabei um eine effiziente Möglichkeit, mehrere Gebäude oder Einrichtungen mit Wärme und Kälte zu versorgen, ohne dass jedes Einzelne eine eigene Erzeugungsanlage benötigt. Es gibt verschiedene Arten von Wärmenetzen, die sich je nach Bedarf und Technologie unterscheiden. Hier eine Auswahl:
Fernwärme
Fernwärme ist die wohl bekannteste Form des Wärmenetzes. Dabei wird Wärme meist auf hohem Temperaturniveau aus einer zentralen Quelle (z. B. Kraft-Wärme-Kopplung, Biomasseheizkraftwerke oder Abwärme aus Industrieprozessen) über isolierte Rohrleitungen zu den Verbrauchern transportiert.
Diese Netzwerke sind besonders in städtischen Gebieten verbreitet und sind teils bereits seit Jahrzehnten im Einsatz.
Kalte Nahwärme
Kalte Nahwärme nutzt eine ähnliche Infrastruktur wie Fernwärme, allerdings wird dabei kaltes Wasser statt heißem Wasser transportiert.
Die Wärme wird vor Ort in den jeweiligen Gebäuden durch Wärmepumpen oder andere Heiztechnologien bereitgestellt. Dadurch werden die Wärmeverluste über die Rohrleitungen erheblich reduziert.
Prozesswärme
Prozesswärme bezeichnet Wärmeströme, die in industriellen Produktionsprozessen benötigt werden. Diese Wärmeströme können direkt oder über ein Wärmenetz zur Verfügung gestellt werden.
In vielen Fällen werden industrielle Abwärmequellen genutzt, um die Energieeffizienz zu steigern und die CO2-Emissionen zu senken.
Bedarfsplanung der Wärmeversorgung – Verschiedene Verbraucherprofile
Die Bedarfsplanung ist ein zentraler Bestandteil der Planung von Wärmenetzen. Sie berücksichtigt die unterschiedlichen Verbrauchsprofile der angeschlossenen Gebäude oder Industrieanlagen, die je nach Jahreszeit, Uhrzeit und Nutzung variieren können. Mit einer genauen Analyse der Verbrauchsmuster lassen sich maßgeschneiderte Lösungen für die Wärmeversorgung entwickeln, die sowohl in der Kapazität als auch in der Flexibilität den Bedürfnissen gerecht werden.
Nicht selten stehen zu Beginn eines Wärmenetz-Projektes nur wenig Informationen zu den Verbrauchern zur Verfügung. In der Simulation können erste Konzeptideen bereits auf Basis von Annahmen getestet werden. Im späteren Projektverlauf präzisiert die Eingabe der Verbrauchsdaten die Betriebsführung und Dimensionierung der Wärmeerzeuger.
Die Energiezentrale – das Herz des Wärmenetzes
Ein optimales Wärmenetz erfordert eine gut durchdachte Kombination von Technologien und Komponenten. In der Energiezentrale werden Wärmeerzeuger aufgestellt und ideal aufeinander abgestimmt. Alle gängigen Technologien können in Polysun verschaltet und optimiert werden, unter anderem:
- Photovoltaisch-Thermische Kollektoren (PVT): Diese Systeme kombinieren die Erzeugung von Strom durch Photovoltaik mit der Bereitstellung von Wärme. Sie sind besonders in kombinierten Systemen mit Wärmepumpen sinnvoll und können in Wärmenetzen ihr volles Potential entfalten. Mehr über PVT-Kollektoren erfahren Sie hier.
- Wärmepumpen: Sie gewinnen Wärme aus der Umgebungsluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser. Wärmepumpen sind besonders effizient und können in nahezu allen Regionen und für alle Temperaturniveaus eingesetzt werden. Details zu Wärmepumpen finden Sie hier.
- Erdwärmesonden: Diese erdverlegten Sonden entziehen dem Erdreich Wärme und sind vor allem in Gebieten mit konstanten Temperaturverhältnissen eine attraktive Lösung. Lesen Sie über die Dimensionierung von Erdwärmesondenfeldern hier.
- Blockheizkraftwerke (BHKW): Diese produzieren gleichzeitig Strom und Wärme durch die Verbrennung von Gas oder Biomasse. Sie sind eine ideale Lösung für die dezentrale Wärmeversorgung und tragen zur Reduzierung von CO2-Emissionen bei.
- Abwärmenutzung: In industriellen Prozessen anfallende Abwärme kann effizient in das Wärmenetz integriert werden, um die Energiequelle optimal zu nutzen.
Warum Kunden Polysun zur Planung von Wärmenetzen nutzen
Sektorkopplung optimal einbinden
- Nachhaltige Stromerzeugung direkt im Wärmenetz einbinden
- Die ideale Auslegung für alle Komponenten im Zusammenhang
- Wirtschaftlichste Betriebsweise ermitteln
Hybride Quellen auslegen
- Integration von Erdwärme und Solarthermie
- Regneration für saisonale Speicher nachweisen
- Wärmepumpe und andere Wärmeerzeuger sinnvoll kombinieren
Betriebsführung der Energie -zentrale virtuell testen
- Steuerungs- und Regelungskonzept detailliert in die Simulation einbinden
- Zeitschrittweise Analyse deckt Konzeptfehler frühzeitig auf und zeigt das Verhalten einzelner Komponenten
Zeit sparen
- verschiedene Szenarien schnell vergleichen
- durchgängiges Arbeiten in allen Projektphasen
- ständig erweiterbare Systeme, Detailtiefe entsprechend der vorliegenden Informationen
Professionelle Grundlage für Förderungen und Ausschreibungen
- validierte Modelle liefern transparente Ergebnisse
- Aggregation aller Datengrundlagen in einer Datei
- übersichtliche Darstellung aller relevanten Ergebnisse
Weitere Möglichkeiten
- besondere, lokale Anforderungen berücksichtigen, etwa:
- Regenerationsvorgaben bestätigen
- Laufzeitbegrenzung oder Nachtabschaltung einkalkulieren
- Temperatur-Grenzvorgaben einhalten
Steuerungs- und Regelungs-konzept virtuell testen
In einer Polysun-Simulation kann die Steuerung und Regelung der einzelnen Erzeugerkomponenten bereits getestet und optimiert werden. Das bedeutet, dass alle Komponenten eines Wärmenetzes, wie Wärmeerzeuger, Speicher und Verteilsysteme, virtuell miteinander verbunden und in verschiedenen Szenarien getestet werden können. So lässt sich die optimale Steuerungsstrategie entwickeln, die den Betrieb des Wärmenetzes an unterschiedliche Belastungen und Bedingungen anpasst und Synergieeffekte nutzt, um damit die Betriebskosten zu senken.
Wärmeverluste über Rohrleitung berechnen – Warum ist das wichtig?
Die Berechnung von Wärmeverlusten im Rohrleitungsnetz ist entscheidend, um die Effizienz eines Wärmenetzes zu maximieren. Wärmeverluste entstehen durch die Wärmeabstrahlung an das umgebende Erdreich während des Transports der Wärmeenergie. Die Berechnung und Optimierung der Leitungsverluste ermöglicht es, die Verluste zu minimieren und so die Energieversorgung kostengünstiger und umweltfreundlicher zu gestalten.
Variantenvergleich von Versorgungskonzepten
Der technische Variantenvergleich hilft dabei, verschiedene Systemkonfigurationen und Komponenten auf ihre Effizienz, Robustheit und Dimensionierung zu überprüfen. Hierbei werden unterschiedliche Kombinationen von Wärmeerzeugern, Leitungsinfrastrukturen und Regelsystemen gegenübergestellt, um die für das jeweilige Projekt am besten geeignete Lösung zu finden. Auch der Vergleich von Neubauten gegenüber der Sanierung bestehender Netze kann hierbei berücksichtigt werden.
CO2-Optimierung von Wärmenetzen
Die Dekarbonisierung von Wärmenetzen steht im Mittelpunkt einer umweltfreundlichen Energieversorgung. Durch den Einsatz erneuerbarer Energien wie Solarthermie, Geothermie oder PV-Strom sowie die Nutzung von Abwärme aus Industrieprozessen lassen sich die CO2(eq.)-Emissionen erheblich reduzieren. Die Kombination von effizienten Wärmespeichern und intelligenten Steuerungen ermöglicht es, den CO2-Ausstoß weiter zu verringern und gleichzeitig die Versorgungssicherheit zu gewährleisten.
Wirtschaftlichkeit von Wärmenetzen – Wie findet man das Optimum?
Die Wirtschaftlichkeit eines Wärmenetzes hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie etwa den Investitionskosten, den Betriebskosten, der Lebensdauer der Komponenten und den erwarteten Einnahmen. Um das Optimum zu finden, müssen alle relevanten Variablen berücksichtigt und ein detaillierter Vergleich zwischen den verschiedenen Lösungen angestellt werden. Eine präzise Analyse der Wirtschaftlichkeit unter Berücksichtigung von CO2-Emissionen und Energieeinsparungen ist unerlässlich, um die langfristige Rentabilität eines Wärmenetzes sicherzustellen. Zudem müssen Fördermöglichkeiten und gesetzliche Rahmenbedingungen in die Kalkulationen einbezogen werden.
FAQ
Eine Polysun-Simulation liefert alle relevanten Ergebnisse, so dass sich daraus der Primärenergiefaktor für den Energiemix des Wärmenetzes einfach berechnen lässt. Dabei können abweichende Vorgaben für die einzelnen Primärenergien berücksichtigt werden.
Polysun zeichnet sich besonders dadurch aus, das Simulationsergebnisse innerhalb kürzester Zeit vorliegen. Im Vergleich zu einfachen und kleinen Systemen sollte bei Wärmenetzen aufgrund deren Komplexität mit einer etwas längeren Simulationszeit gerechnet werden – in der Regel liegen die Ergebnisse jedoch in wenigen Minuten vor. Die Rechenzeit kann beeinflusst werden durch den Komplexitätsgrad des Energiesystems, die Dimensionierung und Steuerung der Komponenten sowie den Hardware-Eigenschaften des jeweiligen Rechners.
Je nach Wissensstand und Erfahrung mit Polysun bieten wir individuelle Begleitung an. Besonders bei komplexen Energiesystemen wie Wärmenetzen überlassen wir Ihnen die Entscheidung, in welchem Umfang Sie unsere Begleitung in Anspruch nehmen möchten – kontaktieren Sie uns!