Temperaturabsenkung in bestehenden Netzen

Die Absenkung der Vorlauftemperatur in bestehenden Wärmenetzen von über 100 °C auf 60 °C reduziert die Wärmeverteilverluste um 25 bis 30 %, verbessert den COP von Wärmepumpen um 30 bis 50 % und ermöglicht die direkte Einbindung erneuerbarer Niedertemperatur-Wärmequellen wie Solarthermie und Geothermie. Die Transformation erfordert ein koordiniertes Vorgehen — von intelligenten Wärmezählern und Anreiztarifen über die Ertüchtigung der Kundenanlagen bis hin zu Subnetzen, die abschnittsweise auf niedrigere Temperaturniveaus umgestellt werden.

Warum Temperaturen senken?

Die Motivation für eine Absenkung der Netztemperaturen ergibt sich aus mehreren Faktoren, die in Summe erhebliche wirtschaftliche und ökologische Vorteile bieten:

• Geringere Wärmeverteilverluste: Die Wärmeverluste einer erdverlegten Leitung sind direkt proportional zur Temperaturdifferenz zwischen Medium und Erdreich. Eine Absenkung der mittleren Netztemperatur um 20 K reduziert die Verteilverluste um ca. 25 bis 30 %.
• Bessere Effizienz von Wärmepumpen: Der COP (Coefficient of Performance) einer Wärmepumpe steigt mit sinkendem Temperaturniveau der Wärmesenke. Eine Absenkung der Vorlauftemperatur von 80 °C auf 60 °C kann den COP um 30 bis 50 % verbessern.
• Nutzung von Niedertemperatur-Wärmequellen: Solarthermie, industrielle Abwärme und Geothermie liefern Wärme oft auf einem Temperaturniveau von 40 bis 70 °C. Nur bei entsprechend niedrigen Netztemperaturen lassen sich diese Quellen direkt und ohne zusätzliche Temperaturanhebung einbinden.
• Höherer Brennwertnutzen: Bei Gas- und Holzkesseln kann die Abgaskondensation nur bei niedrigen Rücklauftemperaturen (unter ca. 55 °C bei Gas, unter ca. 50 °C bei Holz) genutzt werden. Dies steigert den Brennwerteffekt um 5 bis 10 Prozentpunkte.
• Geringere Rohrbeanspruchung: Niedrigere Medientemperaturen reduzieren die thermische Dehnung der Rohrleitungen und damit die mechanischen Spannungen. Dies verlängert die Lebensdauer und vereinfacht die Rohrstatik.

Maßnahmen zur Temperaturabsenkung

Die Absenkung der Netztemperaturen erfordert ein Bündel aufeinander abgestimmter Maßnahmen. Die folgenden Schritte orientieren sich an den Empfehlungen des Planungshandbuchs Thermische Netze und haben sich in der Praxis bewährt.

1. Niedertemperatur-Kompatibilität prüfen

Vor jeder Absenkung ist eine systematische Bestandsaufnahme erforderlich. Dabei wird bewertet, welche Netzabschnitte und welche Kundenanlagen bereits für einen Betrieb unter 60 °C geeignet sind und wo hydraulische oder technische Ertüchtigungen notwendig werden. Diese Analyse umfasst die Erzeugungsanlagen, das Verteilnetz, die Übergabestationen und die gebäudeseitigen Heiz- und Warmwassersysteme.

2. Anreize für niedrige Rücklauftemperaturen schaffen

Die Rücklauftemperatur wird maßgeblich durch das Verhalten der Kundenanlagen bestimmt. Rücklauftemperaturabhängige Tarifmodelle setzen wirtschaftliche Anreize, die Anlagen optimal zu betreiben. Kunden mit niedrigen Rücklauftemperaturen zahlen weniger pro kWh, Kunden mit hohen Rücklauftemperaturen mehr. Dynamische Tarife — etwa über Transponder oder digitale Abrechnungssysteme — ermöglichen eine zeitaufgelöste Bewertung.

3. Intelligente Wärmezähler einsetzen

Moderne Wärmezähler erfassen nicht nur die übertragene Wärmemenge, sondern auch den Volumenstrom, die Vor- und Rücklauftemperatur sowie zeitliche Profile. Diese Daten ermöglichen eine differenzierte Auswertung der Kundenqualität: Welche Anlagen kühlen das Wasser optimal aus, welche liefern zu hohe Rücklauftemperaturen? Ohne diese Datenbasis ist eine gezielte Optimierung kaum möglich.

4. Versorgung aus dem Rücklauf

Verbraucher mit geringem Temperaturbedarf — insbesondere Fußbodenheizungen mit Auslegungstemperaturen von 35/28 °C — können über einen Dreileiter-Anschluss direkt aus dem Rücklauf versorgt werden. Dies senkt die Rücklauftemperatur im Hauptnetz und nutzt die im Rücklauf noch vorhandene Wärme produktiv. Dreileiter-Anschlüsse können primärseitig (vor dem Wärmeübertrager) oder sekundärseitig (nach dem Wärmeübertrager) realisiert werden.

5. Gebäudehülle verbessern

Die Modernisierung der Gebäudehülle — Fenster, Fassadendämmung und Dachdämmung — senkt den spezifischen Wärmebedarf der angeschlossenen Gebäude. Ein saniertes Gebäude mit einem Heizwärmebedarf von 50 kWh/(m^2$$\cdota) statt 150 kWh/(m^2$$\cdota) kann mit einer Vorlauftemperatur von 55 °C statt 80 °C versorgt werden. Die energetische Sanierung der Gebäude ist damit eine wesentliche Voraussetzung für die Netztemperaturabsenkung.

6. Heizflächen und Heizbetrieb überprüfen

Bei der Gebäudesanierung sollte die Umstellung auf niedertemperaturkompatible Heizsysteme angestrebt werden. Fußbodenheizungen und großflächige Heizkörper ermöglichen die Raumbeheizung mit Vorlauftemperaturen von 35 bis 45 °C. Auch bestehende Radiatorenheizungen sind häufig überdimensioniert und können — insbesondere nach einer Verbesserung der Gebäudehülle — mit deutlich niedrigeren Temperaturen betrieben werden. Ein hydraulischer Abgleich stellt sicher, dass alle Heizkörper gleichmäßig durchströmt werden.

7. Temporäre Erhöhung der Vorlauftemperatur

In Übergangszeiten oder bei Kältespitzen kann eine temporäre Anhebung der Vorlauftemperatur notwendig sein, um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Der Einsatz von Wärmepumpen als Temperatur-Booster ermöglicht es, die Grundlast auf niedrigem Temperaturniveau zu fahren und nur bei Bedarf kurzfristig höhere Temperaturen bereitzustellen. Dieser Ansatz kombiniert die Effizienzvorteile niedriger Temperaturen mit der Flexibilität konventioneller Versorgung.

Niedertemperatur-Kompatibilität

Die Umstellung auf niedrige Temperaturen betrifft nicht nur das Verteilnetz, sondern das gesamte Versorgungssystem. Eine isolierte Betrachtung einzelner Komponenten greift zu kurz — erforderlich ist ein Gesamtkonzept.

Heizflächen

Die Auslegung der Heizflächen bestimmt die minimal erforderliche Vorlauftemperatur. Für ein Niedertemperaturnetz mit 55/40 °C müssen die installierten Heizflächen ausreichend groß dimensioniert sein, um die Heizlast bei diesen Temperaturen zu decken. In der Praxis zeigt sich, dass viele Bestandsgebäude mit überdimensionierten Heizkörpern ausgestattet sind und daher bereits heute mit niedrigeren Temperaturen betrieben werden könnten.

Warmwasserbereitung

Die Trinkwassererwärmung stellt oft die limitierende Anforderung dar. Nach DVGW-Arbeitsblatt W 551 ist eine Mindesttemperatur von 60 °C am Austritt des Trinkwassererwärmers erforderlich, um eine Vermehrung von Legionellen zu verhindern. In Kleinanlagen (Wohngebäude mit weniger als 3 Litern Leitungsinhalt) kann diese Anforderung entfallen. Dezentrale Frischwasserstationen mit Durchlaufprinzip bieten eine hygienisch sichere Alternative bei niedrigen Vorlauftemperaturen, da kein Warmwasser bevorratet wird.

Regelungstechnik

Hydraulische Schaltungen und Regelventile müssen für variable Temperaturen und veränderte Massenströme geeignet sein. Bei einer Absenkung der Vorlauftemperatur steigt bei gleichbleibender Leistungsanforderung der Massenstrom. Ventile, Pumpen und Wärmeübertrager sind auf die neuen Betriebsbedingungen zu überprüfen und gegebenenfalls anzupassen.

Subnetze und Insellösungen

Wenn eine flächendeckende Temperaturabsenkung im gesamten Netz nicht kurzfristig möglich ist, bieten Subnetze und Insellösungen einen pragmatischen Transformationspfad.

Subnetze

Ein Subnetz ist ein hydraulisch abgetrennter Abschnitt des Hauptnetzes, der über einen Wärmeübertrager am Einspeisepunkt angebunden wird. Das Subnetz verfügt über eine eigene Druckhaltung und wird auf einem niedrigeren Temperaturniveau betrieben als das Hauptnetz. Typisch ist eine Dreikreisschaltung: Das Hauptnetz speist über den Wärmeübertrager in das Subnetz ein, das Subnetz versorgt die angeschlossenen Gebäude. Das Hauptnetz kann weiterhin auf hohem Temperaturniveau (z. B. 90/60 °C) betrieben werden, während das Subnetz mit 60/35 °C arbeitet.

Insellösungen

Eine Insellösung ist ein lokales Netz mit eigener Wärmequelle — etwa einer Wärmepumpe, einer Solarthermieanlage oder einer Abwärmenutzung. Die Insellösung kann temporär unabhängig vom Hauptnetz betrieben werden oder dauerhaft als Ergänzung fungieren. In der Übergangszeit dient das Hauptnetz als Backup, langfristig kann die Insellösung das Hauptnetz in diesem Abschnitt vollständig ersetzen.

Vorteile des schrittweisen Vorgehens

• Schrittweise Transformation: Die Umstellung erfolgt abschnittsweise und kann an den Sanierungszyklus der angeschlossenen Gebäude gekoppelt werden
• Risikominimierung: Technische Probleme bleiben auf einzelne Subnetze begrenzt und gefährden nicht die Gesamtversorgung
• Lokale Optimierung: Jedes Subnetz kann hinsichtlich Temperaturniveau und Erzeugungstechnologie individuell optimiert werden

Fazit

Die Temperaturabsenkung in bestehenden Wärmenetzen ist ein iterativer Prozess, der technische und organisatorische Maßnahmen kombiniert. Es gibt keinen einzelnen Hebel, der das Temperaturniveau eines gewachsenen Netzes auf einen Schlag senkt. Stattdessen ist ein koordiniertes Vorgehen erforderlich: Datenerfassung durch intelligente Zähler, Anreize für niedrige Rücklauftemperaturen, Ertüchtigung der Kundenanlagen und schrittweise Einführung von Subnetzen mit niedrigeren Temperaturen. Der Aufwand lohnt sich — niedrigere Netztemperaturen sind die Grundvoraussetzung für die wirtschaftliche Integration erneuerbarer Wärmequellen und damit für die Zukunftsfähigkeit thermischer Netze. Mit VICUS Districts lassen sich verschiedene Absenkungsszenarien simulieren und die Auswirkungen auf Wärmeverluste, Pumpenenergie und Erzeugungskosten im Gesamtsystem bewerten.

Weiterführende Artikel: Netztemperaturen erläutert die Grundlagen der Temperaturwahl und deren Einfluss auf die Netzeffizienz, Rücklauftemperatur-Optimierung beschreibt die Methode Mehrverbrauch zur systematischen Analyse der Kundeneinbindung, und Netzfahrweisen behandelt die verschiedenen Betriebskonzepte und deren Einfluss auf das Temperaturniveau.

Quellen und Normen

• Lund, H. et al. (2014): 4th Generation District Heating (4GDH) — Integrating smart thermal grids into future sustainable energy systems. Energy, 68, S. 1–11.
• Frederiksen, S.; Werner, S. (2013): District Heating and Cooling. Studentlitteratur, Lund.