Rücklauftemperatur-Optimierung

Die Rücklauftemperatur-Optimierung senkt Pumpenstrom, Verteilverluste und Erzeugungskosten in bestehenden Wärmenetzen — und erschließt Leistungsreserven bei gegebenen Rohrnennweiten. Die Methode Mehrverbrauch identifiziert anhand vorhandener Wärmezählerdaten systematisch die Kunden mit dem größten Optimierungspotenzial, wobei 90 % der Mängel erfahrungsgemäß auf der Sekundärseite liegen. Kombiniert mit Vor-Ort-Begehungen und Anreiztarifen wird die Wirkungsgrad-Verbesserung von Brennwertkesseln (Abgaskondensation unter 55 °C), Wärmepumpen und Solarthermieanlagen zu einem dauerhaften Bestandteil des Netzbetriebs.

Motivation

Große Temperaturspreizung

Ein Netz mit hoher Spreizung transportiert dieselbe Wärmemenge mit deutlich weniger Volumenstrom. Da die Pumpenleistung kubisch mit dem Volumenstrom skaliert, sinkt der Pumpenstrom überproportional. Gleichzeitig nehmen die Wärmeverluste in den Leitungen ab, weil die mittlere Wassertemperatur im Netz sinkt.

Niedrige Rücklauftemperatur

Eine niedrige Rücklauftemperatur ist nicht nur die Folge hoher Spreizung, sondern hat eigenständige Bedeutung für die Erzeugungsseite:

• Wärmepumpen arbeiten mit höherer Arbeitszahl, wenn die Rücklauftemperatur als Quellentemperatur niedrig gehalten wird.
• Solarthermieanlagen erreichen höhere Erträge, weil das Temperaturniveau der Rückspeisung sinkt.
• Brennwertkessel können die latente Wärme im Abgas nur nutzen, wenn die Rücklauftemperatur unter dem Taupunkt der Abgase liegt (ca. 55 °C bei Erdgas).

Leistungsreserve im Bestandsnetz

Ein gut abgeglichenes Netz mit optimierter Rücklauftemperatur kann bei gegebenen Nennweiten mehr Leistung übertragen — eine wichtige Reserve, wenn zusätzliche Abnehmer angeschlossen oder bestehende Kunden erweitert werden sollen.

Methode Mehrverbrauch

Die Methode Mehrverbrauch erlaubt es, mit einfachen Wärmezählerdaten zu beurteilen, welche Kunden das Netz übermäßig belasten. Ausgangspunkt ist die Grundgleichung der Wärmeübertragung:

$Q = m \cdot c_p \cdot \Delta T = V \cdot \rho \cdot c_p \cdot \Delta T$

Bei gegebener Wärmemenge $Q$ ist die Temperaturspreizung $\Delta T$ umgekehrt proportional zum durchgesetzten Volumen $V$. Ein Kunde, der weniger Spreizung erreicht als vorgesehen, verbraucht also mehr Wasser als nötig — er erzeugt einen Mehrverbrauch.

Referenzwerte festlegen

Zunächst wird eine Referenz-Temperaturspreizung $\Delta T_{\text{REF}}$ definiert. Diese kann aus dem technischen Anschlussvertrag (TAV) stammen oder als realistischer Zielwert aus den Netzparametern abgeleitet werden. Daraus ergibt sich für jeden Kunden $i$ ein Referenzvolumen:

$V_{i,\text{REF}} = \frac{Q_{i,\text{WZ}}}{\rho \cdot c_p \cdot \Delta T_{\text{REF}}}$

Dabei ist $Q_{i,\text{WZ}}$ die vom Wärmezähler gemessene Wärmemenge des Kunden $i$ im Betrachtungszeitraum.

Mehrverbrauch berechnen

Der Mehrverbrauch ergibt sich als Differenz zwischen dem tatsächlich gemessenen Volumen $V_{i,\text{WZ}}$ und dem Referenzvolumen:

$V_{i,\text{MV}} = V_{i,\text{WZ}} - V_{i,\text{REF}}$

Ein positiver Wert bedeutet, dass der Kunde mehr Wasser verbraucht hat als bei Referenzspreizung nötig gewesen wäre. Für die Auswertung werden lediglich die Wärmezählerdaten benötigt — Wärmemenge $Q$ in kWh und Wassermenge $V$ in m$^3$ — die in jedem modernen Wärmezähler gespeichert sind. Kunden werden anschließend nach ihrem Mehrverbrauch rangiert. Der Fokus der Optimierung richtet sich auf die schlechtesten Kunden mit dem größten Mehrverbrauch.

Einfluss auf die Rücklauftemperatur

Der Mehrverbrauch allein gibt noch keine Auskunft darüber, wie stark ein einzelner Kunde die Gesamt-Rücklauftemperatur des Netzes beeinflusst. Dafür wird der gewichtete Mehrverbrauch $\Delta T_{i,\text{RL}}$ berechnet, der den Betrachtungszeitraum und die mittlere Temperaturspreizung des jeweiligen Kunden berücksichtigt. Die Kenngröße $\Delta T_{i,\text{RL}}$ beschreibt, um wie viel Kelvin die Rücklauftemperatur am Einspeisepunkt sinken würde, wenn Kunde $i$ vollständig auf die Referenzspreizung optimiert wird.

Dieser gewichtete Ansatz erlaubt eine differenzierte Priorisierung: Ein Großabnehmer mit leicht erhöhter Rücklauftemperatur kann einen größeren Einfluss auf das Gesamtnetz haben als ein Kleinabnehmer mit stark erhöhter Rücklauftemperatur. Die Rangfolge nach $\Delta T_{i,\text{RL}}$ ist daher entscheidend für eine effiziente Optimierungsstrategie.

Vorgehen in drei Schritten

1. Datenerfassung und Auswertung

Grundlage sind die Wärmezählerdaten aller Kunden im Netz:

• Wärmemenge $Q$ in kWh
• Wassermenge $V$ in m$^3$
• Betrachtungszeitraum: mindestens ein Quartal der Heizperiode, idealerweise ein volles Jahr

Für jeden Kunden werden in einer Excel-Tabelle die Vollbetriebsstunden, der Mehrverbrauch und der Einfluss auf die Rücklauftemperatur berechnet. Anschließend wird eine Rangfolge erstellt, die die schlechtesten Kunden an die Spitze setzt. Bereits diese Auswertung liefert häufig überraschende Erkenntnisse darüber, wo im Netz die größten Optimierungspotenziale liegen.

2. Beurteilung

Die schlechtesten Kunden der Rangfolge werden im Rahmen einer Vor-Ort-Begehung mit einer Fachperson untersucht. Ziel ist es, die Ist-Situation zu analysieren und konkrete Optimierungsvorschläge abzuleiten. Typische Ursachen für überhöhte Rücklauftemperaturen sind:

• Defekte oder klemmende Regelventile
• Falsche Reglereinstellungen (z. B. zu hohe Sekundärtemperaturen)
• Unpassende hydraulische Einbindung (fehlende oder falsch dimensionierte Wärmetauscher)
• Mangelhafte Brauchwarmwasserbereitung (Zirkulationsverluste, Legionellenschaltung)

Eine umfassende IEA-Studie zeigt, dass 90 % der Mängel auf der Sekundärseite liegen — davon entfallen rund 60 % auf die sekundärseitige Wärmeübertragung (Heizung) und 30 % auf die Brauchwarmwasserbereitung.

3. Umsetzung und Erfolgskontrolle

Die Umsetzung der identifizierten Maßnahmen unterscheidet sich je nach Verantwortungsbereich:

• Primärseite (Übergabestation, Regelventile, Wärmetauscher): Der Netzbetreiber kann diese Maßnahmen in der Regel eigenständig umsetzen, da die Übergabestation in seinem Eigentum oder Verantwortungsbereich liegt.
• Sekundärseite (Heizungsanlage des Kunden): Hier entsteht ein Zielkonflikt — der Netzbetreiber profitiert von der Optimierung, die Kosten fallen jedoch beim Kunden an. Dieser Zielkonflikt muss über vertragliche Regelungen oder finanzielle Anreize gelöst werden.

Die Erfolgskontrolle erfolgt durch Wiederholung der Auswertung nach Umsetzung der Maßnahmen. Der Vergleich der Mehrverbrauchswerte vor und nach der Optimierung quantifiziert den erreichten Fortschritt.

Anreiztarife für tiefe Rücklauftemperaturen

Der beschriebene Zielkonflikt lässt sich durch alternative Tarifmodelle entschärfen. Statt die Wärme ausschließlich nach Energiemenge (kWh) abzurechnen, können zusätzlich das durchgesetzte Volumen oder die Rücklauftemperatur in die Preisbildung einfließen.

Solche Anreiztarife belohnen Kunden mit effizienter Anlageneinbindung durch niedrigere Wärmepreise, während Kunden mit überhöhter Rücklauftemperatur einen Aufschlag zahlen. Für den Netzbetrieb ist dieses Modell im Idealfall betriebswirtschaftlich neutral oder positiv, weil die eingesparten Pumpenstrom- und Investitionskosten die entgangenen Mehrerlöse kompensieren. Gleichzeitig entsteht ein dauerhafter Anreiz zur Optimierung auf Kundenseite — unabhängig von Vor-Ort-Begehungen.

Fazit

Die Analyse des Mehrverbrauchs ist eine einfache, datenbasierte Methode, um Optimierungspotenziale bei der Rücklauftemperatur in bestehenden Wärmenetzen zu identifizieren und zu priorisieren. Sie erfordert keine zusätzliche Messtechnik, sondern nutzt die ohnehin vorhandenen Wärmezählerdaten. Die Kombination mit Vor-Ort-Begehungen und Anreiztarifen macht die Rücklauftemperatur-Optimierung zu einem kontinuierlichen Prozess — keine einmalige Aktion, sondern ein dauerhafter Bestandteil des Netzbetriebs. Simulationswerkzeuge wie VICUS Districts unterstützen dabei, die Auswirkungen veränderter Rücklauftemperaturen auf das Gesamtnetz vorab zu bewerten und die optimale Strategie abzuleiten.

Weiterführende Artikel: Netztemperaturen behandelt die Grundlagen der Temperaturwahl in thermischen Netzen, Hydraulischer Abgleich beschreibt die Maßnahmen zur gleichmäßigen Durchströmung aller Abnehmer, und Übergabestationen erläutert die technische Gestaltung der Schnittstelle zwischen Netz und Kundenanlage.

Quellen und Normen

• AGFW FW 309 — Energetische Bewertung von Fernwärme und Fernkälte
• Frederiksen, S.; Werner, S. (2013): District Heating and Cooling. Studentlitteratur, Lund.