Software für die Wärmenetzplanung im Überblick

Die Wärmeplanung und Wärmenetzberechnung gehören zu den zentralen Aufgaben bei der Dekarbonisierung von Quartieren, Stadtteilen und Kommunen. Ohne belastbare Simulationsergebnisse lässt sich weder die hydraulische Auslegung noch die Wirtschaftlichkeit eines Wärmenetzes verlässlich nachweisen. VICUS Districts ist eine Desktop-Software für Windows, mit der Planungsbüros, Stadtwerke und Kommunen konventionelle Fernwärmenetze ebenso wie kalte Nahwärmenetze (5GDHC) planen — von der ersten Idee über die Variantenstudie bis zur detaillierten thermo-hydraulischen Jahressimulation.

Im Gegensatz zu rein webbasierten Online-Tools läuft VICUS Districts lokal auf Ihrem Rechner. Das hat praktische Vorteile: Die Projektdaten bleiben bei Ihnen, die Software arbeitet auch ohne Internetverbindung, und der numerische Rechenkern simuliert auch große Netze mit mehreren hundert Abnehmern in akzeptabler Zeit dynamisch, ohne die Performance- und Komplexitätsgrenzen browserbasierter Tools.

Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die wichtigsten Software-Tools zur Wärmenetzplanung und erläutert, wie VICUS Districts den gesamten Planungsprozess abbildet — von der Wärmebedarfsdichte bis zur Rohrdimensionierung.

Software-Tools zur Wärmenetzplanung im Überblick

Auf dem Markt existiert eine Vielzahl an Programmen für unterschiedliche Phasen der Wärmenetzplanung. Vereinfacht lassen sie sich in drei Kategorien einteilen. Werkzeuge zur Potentialanalyse wie Hotmaps, Thermos oder GIS-basierte Tools identifizieren geeignete Quartiere und Wärmebedarfsdichten. Online-Tools und Web-Anwendungen zur Konzeptentwicklung wie nPro, Sophena oder einfache Excel-Werkzeuge decken die stationäre Vordimensionierung ab. Für die dynamische Simulation kommt Desktop-Software zum Einsatz: STANET, EcNetz, THENA, TRNSYS, Modelica/Dymola sowie VICUS Districts.

VICUS Districts deckt als integrierte Planungs- und Simulationssoftware mehrere dieser Phasen in einer einzigen Desktop-Anwendung ab. Anwender wechseln also nicht zwischen verschiedenen Tools, sondern arbeiten vom Import der Bestandsdaten bis zur dynamischen Jahressimulation durchgehend in einer Umgebung. Das spart Zeit, vermeidet Datenbrüche und beschleunigt Variantenstudien.

Potentialanalyse, Wärmebedarfsdichte und Lastprofile

Am Beginn jeder Wärmenetzplanung steht die Frage, wo sich ein Wärmenetz überhaupt lohnt. Die wichtigste Kennzahl dafür ist die Wärmebedarfsdichte, angegeben in MWh pro Trassenmeter und Jahr, sowie die daraus resultierende Wärmeliniendichte.

Je höher die Wärmebedarfsdichte, desto wirtschaftlicher lässt sich ein konventionelles Fernwärmenetz betreiben. Umgekehrt fallen Wärmeverluste bei geringer Wärmebedarfsdichte relativ stärker ins Gewicht. Dann werden Konzepte wie die kalte Nahwärme interessant, die Wärmegewinne aus dem Erdreich aktiv nutzen kann (siehe auch unseren Artikel zu den Grundlagen der kalten Nahwärme).

Mit VICUS Districts lassen sich Lastprofile und Wärmebedarfe direkt im Tool erstellen oder aus externen Quellen importieren. Unterstützt werden:

• Standardlastprofile für Wohn- und Nichtwohngebäude
• Stündliche Lastprofile aus Messdaten oder externen Simulationen
• Energiebedarfe für Heizung, Trinkwarmwasser und Kühlung
• Skalierung über Wohneinheiten, Wohnflächen oder Anschlussleistungen

Alle Eingaben können flexibel über GIS-Daten, Excel-Tabellen oder die integrierte Benutzeroberfläche erfasst werden. Damit ist die Erstellung eines belastbaren Wärmebedarfsmodells in wenigen Minuten möglich — auch für Projekte mit hunderten Anschlussnehmern.

Wärmenetzplanung mit GIS-Integration

Nach der Potentialanalyse folgt die eigentliche Trassenplanung. Hier müssen Wärmequellen, Energiezentralen und Abnehmer durch ein Rohrnetz verbunden werden. Klassischerweise erfolgt dies in CAD- oder GIS-Software, wobei die Daten anschließend in ein Berechnungstool übertragen werden müssen — ein zeitintensiver und fehleranfälliger Prozess.

VICUS Districts integriert die Trassenplanung direkt in die Simulationsumgebung. Damit entfällt der Datenexport zwischen verschiedenen Tools. Folgende Funktionen unterstützen den Workflow:

• Import von OpenStreetMap-Daten als Hintergrundkarte für jede beliebige Region
• Import von DXF-, Shape- und PDF-Plänen für Bestandsnetze
• Direktes Zeichnen von Trassen, Rohren, Knoten und Energiezentralen im Editor
• Automatische Berechnung der Trassenlängen und Topologie
• Mehrere Energiezentralen und Wärmequellen in einem Netz kombinierbar
• Unterstützung verschiedener Netzhydrauliken (Vor- und Rücklauf, Ringnetze, Maschen)

Damit lassen sich auch große Netze mit mehreren hundert Abnehmern in kurzer Zeit modellieren. Die enge Verzahnung von Geometrie, Hydraulik und Energieversorgung ist einer der zentralen Vorteile von VICUS Districts gegenüber rein textbasierten Eingabewerkzeugen.

Dynamische Wärmenetzsimulation und Rohrdimensionierung

Das Herzstück von VICUS Districts ist die thermo-hydraulische Jahressimulation. Anders als rein stationäre Auslegungsverfahren berechnet sie Druckverluste, Temperaturen und Wärmeverluste im Stundenraster über das gesamte Jahr. Das ergibt ein realistisches Bild des Netzbetriebs unter wechselnden Lasten und zeigt Schwachstellen, bevor sie im realen Betrieb auftreten.

Die Software unterstützt unter anderem:

• Automatische Rohrdimensionierung auf Basis vorgegebener spezifischer Druckverluste (z. B. 100 Pa/m)
• Wärmeverlustberechnung für gedämmte und ungedämmte Leitungen — siehe auch unseren Deep-Dive zur thermo-hydraulischen Simulation
• Detailliertes Erdreichmodell für die Berechnung von Wärmegewinnen und -verlusten an die Bodenmatrix
• Pumpenauslegung und Berechnung des Pumpenstrombedarfs
• Berücksichtigung verschiedener Wärmequellen (Heizkessel, BHKW, Wärmepumpen, Geothermie, Abwärme)
• Stationäre Vorberechnung für schnelle erste Ergebnisse, dann dynamische Verfeinerung

Im Vergleich zu klassischen Tools wie STANET oder EcNetz bietet VICUS Districts insbesondere für die Planung von Niedertemperatur- und 5GDHC-Netzen entscheidende Vorteile, da die Erdreichkopplung und die Wärmegewinne aus dem ungedämmten Rohrnetz direkt in die Simulation einbezogen werden.

Kalte Nahwärme und 5GDHC-Netze planen

Mit der zunehmenden Verbreitung kalter Nahwärmenetze (5th Generation District Heating and Cooling, 5GDHC) steigen auch die Anforderungen an die Planungssoftware. Klassische Werkzeuge stoßen hier schnell an ihre Grenzen, da sie weder die bidirektionalen Energieflüsse noch die Wärmegewinne aus dem Erdreich abbilden können.

VICUS Districts wurde von Beginn an mit Blick auf 5GDHC-Netze entwickelt. Folgende Funktionen sind speziell für kalte Nahwärme optimiert:

• Dimensionierung von Erdwärmekollektoren und -sondenfeldern als zentrale Wärmequelle
• Simulation passiver und aktiver hydraulischer Konzepte
• Bidirektionaler Betrieb mit Prosumern (Heizen und Kühlen im selben Netz)
• Berechnung der Wärmegewinne des ungedämmten Rohrnetzes auf Basis eines validierten Erdreichmodells
• Bewertung der Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu konventionellen Lösungen

Damit deckt VICUS Districts den vollständigen Planungsprozess von der ersten Konzeptidee bis zur Detailplanung ab. Es eignet sich sowohl für klassische Fernwärmenetze als auch für innovative Niedertemperaturkonzepte.

Warum VICUS Districts?

Die digitale Planung von Wärmenetzen erfordert eine integrierte Software. VICUS Districts vereint GIS-basierte Trassenplanung, automatische Rohrdimensionierung, dynamische Jahressimulation und wirtschaftliche Bewertung in einer Anwendung. Es eignet sich für alle, die Wärmenetze planen, vom konventionellen Fernwärmenetz bis zum 5GDHC-System.

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