Anergienetz und kalte Nahwärme: Begriffe und Abgrenzung

Ein Anergienetz ist ein thermisches Netz, das Wasser oder Sole nahe der Erdreichtemperatur führt, typisch im Bereich von etwa 5–25 °C, und in dem dezentrale Wärmepumpen die Nutztemperatur in den Gebäuden erzeugen. In Deutschland ist für dasselbe Konzept die Bezeichnung kalte Nahwärme gebräuchlich, international 5GDHC (Fifth Generation District Heating and Cooling). Die Begriffe sind nicht genormt und werden teils unterschiedlich abgegrenzt. Dieser Artikel ordnet sie ein und stellt die Netze der 4. und 5. Generation in einer Tabelle gegenüber.

Anergienetz

Der Begriff stammt aus der Thermodynamik. Energie lässt sich in Exergie, den arbeitsfähigen Anteil, und Anergie, den nicht arbeitsfähigen Anteil, aufteilen. Für Wärme $Q$ bei der Temperatur $T$ und der Umgebungstemperatur $T_u$ gilt:

Liegt die Netztemperatur nahe der Umgebungstemperatur, ist der Exergieanteil nahezu null: Das Netz transportiert praktisch reine Anergie. Die fehlende Exergie liefert der Strom der Wärmepumpen in den Gebäuden. Verbreitet ist der Begriff vor allem in der Schweiz, wo zahlreiche Anergienetze realisiert wurden, etwa auf dem Campus Hönggerberg der ETH Zürich. Das Schweizer Planungshandbuch Thermische Netze ordnet „Anergienetz” oder „kalte Fernwärme” Netzen mit meist unter 25 °C zu und weist ausdrücklich darauf hin, dass diese Begriffe nicht einheitlich verwendet werden. In der Schweiz ist außerdem „thermische Arealvernetzung” für die Vernetzung von Wärme- und Kälteverbrauchern eines Areals gebräuchlich. Der Begriff Anergienetz betont die physikalische Eigenschaft der transportierten Wärme, nicht die Größe oder Generation des Netzes.

Kalte Nahwärme und kaltes Nahwärmenetz

Kalte Nahwärme (KNW) ist die in Deutschland übliche Bezeichnung. „Kalt” bezieht sich auf die Netztemperatur, die unter dem Nutztemperaturniveau der Gebäude liegt, „Nahwärme” auf die meist quartiersbezogene Ausdehnung. Kaltes Nahwärmenetz meint das physische Rohrnetz, kalte Nahwärme das Gesamtkonzept aus Quelle, Netz und dezentralen Wärmepumpen. Gelegentlich findet sich auch „kalte Fernwärme”, ohne dass damit ein technischer Unterschied verbunden wäre.

5GDHC und 5GDH

5GDHC steht für Fifth Generation District Heating and Cooling. Nach der vielzitierten Definition von Buffa et al. (2019) ist ein 5GDHC-Netz ein thermisches Versorgungsnetz mit Wasser oder Sole als Träger und Hausstationen mit Wasser/Wasser-Wärmepumpen, das so nahe an der Erdreichtemperatur betrieben wird, dass es für direktes Heizen nicht geeignet ist. Die niedrige Temperatur erlaubt die direkte Nutzung von Abwärme und erneuerbaren Quellen geringer Exergie, und weil die Hausstationen umkehrbar arbeiten, kann dasselbe Netz zugleich heizen und kühlen.

Ob es sich um eine eigene Generation handelt, ist in der Fachliteratur umstritten. Lund et al. (2021) ordnen solche Netze als Variante der 4. Generation ein, Sulzer et al. (2021) schlagen ein eigenes Begriffssystem für thermische Netze vor. 5GDH (ohne „C”) wird teils synonym, teils für Konzepte ohne Kühlfunktion verwendet. Für die Planung ist die Bezeichnung nachrangig; entscheidend sind Temperaturniveau, Übergabekonzept und Hydraulik.

Niedertemperaturnetz, LowEx und 4GDH

Niedertemperaturnetze der 4. Generation (4GDH, nach Lund et al. 2014) arbeiten mit Vorlauftemperaturen von etwa 50–70 °C. Die Wärme kommt direkt nutzbar am Gebäude an und wird über einen Wärmeübertrager übergeben; erzeugt wird sie zentral, etwa mit Großwärmepumpen, Solarthermie oder Abwärme. LowEx (Low Exergy) betont den geringen Exergiegehalt der verteilten Wärme; der AGFW bezeichnet damit beispielsweise Netze im Bereich von etwa 20–60 °C. Der Begriff überschneidet sich also mit 4GDH und reicht in den Bereich kalter Netze hinein. Zwischen 4GDH und 5GDHC liegen Netze mit etwa 35–45 °C, in denen dezentrale Booster-Wärmepumpen nur die Trinkwassererwärmung übernehmen.

Die Temperaturniveaus aller Generationen vergleicht der Artikel zu Netztemperaturen.

Vergleich: 4GDH und 5GDHC

Gerichtet, ungerichtet, bidirektional: Prosumer

Das Schweizer Planungshandbuch trennt zwei Merkmale, die im Sprachgebrauch oft vermischt werden:

• Fluidströmung: In einem gerichteten Netz gibt eine zentrale Pumpe die Fließrichtung vor. In einem ungerichteten Netz verfügt jeder Abnehmer über eine eigene Pumpe und bezieht je nach Bedarf Wasser aus der warmen Leitung (Warmleiter) zum Heizen oder aus der kalten Leitung (Kaltleiter) zum Kühlen; die Strömungsrichtung in einzelnen Abschnitten kann wechseln.
• Energiefluss: Unidirektional heißt, dass Wärme nur von der Quelle zum Abnehmer fließt. Bidirektional heißt, dass Abnehmer auch Wärme einspeisen können.

Gebäude, die Wärme sowohl beziehen als auch einspeisen, heißen Prosumer. Typisch sind Wohngebäude, die im Winter heizen und im Sommer über das Netz kühlen, oder Gewerbe mit Prozess- und Kühlabwärme. Bidirektionalität ist ein Kennzeichen vieler, aber nicht aller 5GDHC-Netze: Reine Wohnquartiere ohne Kühlung arbeiten energetisch unidirektional. Die Unterscheidung zwischen passiven (ungerichteten) und aktiven (gerichteten) Netzen in Deutschland entspricht weitgehend dem Merkmal Fluidströmung.

Quellnetz

Quellnetz betont die Funktion des Netzes aus Sicht der Wärmepumpe: Es stellt die Wärmequelle bereit, die bei einer Einzelanlage eine Erdwärmesonde oder ein Kollektor wäre. Der Begriff wird vor allem in der Praxis und bei Netzbetreibern verwendet und meint dasselbe Konzept wie kalte Nahwärme.

Ein-, Zwei- und Mehrleitersysteme

Kalte Netze lassen sich nach der Zahl der Leitungen unterscheiden:

• Einleitersystem: Eine einzige Leitung, meist als Ring geführt. Die Gebäude entnehmen Wasser, kühlen oder erwärmen es und geben es stromabwärts in dieselbe Leitung zurück. Die Temperatur verändert sich entlang des Rings; Lage und Reihenfolge der Abnehmer beeinflussen deren Quellentemperatur.
• Zweileitersystem: Eine wärmere und eine kältere Leitung. Heizende Gebäude entnehmen aus der warmen Leitung und geben abgekühlte Sole an die kalte ab, kühlende Gebäude arbeiten umgekehrt. Diese Bauform ist in Deutschland am weitesten verbreitet und erlaubt passive wie aktive Hydraulik.
• Mehrleitersysteme: Drei oder mehr Leitungen, etwa für getrennte Temperaturniveaus oder eine separate Kühlleitung. Sie sind selten, weil jede zusätzliche Leitung die Trassenkosten erhöht.

Wie sich passive und aktive Zweileiternetze hydraulisch unterscheiden, erläutert die Dimensionierung kalter Nahwärmenetze (5GDHC).

Begriffe in der Praxis

Anergienetz, kalte Nahwärme, kaltes Nahwärmenetz, Quellnetz und 5GDHC beschreiben im Kern dasselbe: ein Netz nahe Erdreichtemperatur, ungedämmte Leitungen und dezentrale Wärmepumpen. Unterschiede liegen in der Perspektive — Thermodynamik, regionale Gewohnheit, Netzgeneration oder Sicht der Wärmepumpe. In Ausschreibungen, Machbarkeitsstudien und Förderanträgen empfiehlt es sich, den Begriff einmal über Temperaturbereich, Übergabekonzept und Leiterzahl zu definieren, statt sich auf die Bezeichnung allein zu verlassen.

Weiterführende Artikel: Kalte Nahwärme: Grundlagen beschreibt Funktionsprinzip und Komponenten, Prosumer in Wärmenetzen vertieft Einspeisung und bidirektionale Hydraulik, und Netztemperaturen vergleicht die Temperaturniveaus aller Netzgenerationen.

Quellen und Normen

• Buffa, S.; Cozzini, M.; D’Antoni, M.; Baratieri, M.; Fedrizzi, R. (2019): 5th generation district heating and cooling systems: A review of existing cases in Europe. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 104, S. 504–522.
• Lund, H. et al. (2014): 4th Generation District Heating (4GDH). Energy, 68, S. 1–11.
• Lund, H. et al. (2021): Perspectives on fourth and fifth generation district heating. Energy, 227, 120520.
• Sulzer, M.; Werner, S.; Mennel, S.; Wetter, M. (2021): Vocabulary for the fourth generation of district heating and cooling. Smart Energy, 1, 100003.
• Pellegrini, M.; Bianchini, A. (2018): The Innovative Concept of Cold District Heating Networks: A Literature Review. Energies, 11(1), 236.
• Nussbaumer, T.; Thalmann, S.; Zaugg, D.; Cueni, M. (2025): Planungshandbuch Thermische Netze. Version 2.0, EnergieSchweiz / Bundesamt für Energie BFE.
• Boesten, S.; Ivens, W.; Provost, M. (2019): 5GDHC: An integrated design approach for sustainable district energy systems. REHVA Journal, 2019(1).
• Zeh, R.; Stockinger, V. (2019): Kalte Nahwärme — Wärme- und Kälteversorgung der Zukunft für Quartiere. Ingenieur Spiegel, 2019.