Kalte Nahwärme im Bestandsquartier

Kalte Nahwärme im Bestand ist technisch machbar, wenn die angeschlossenen Gebäude mit Vorlauftemperaturen von höchstens etwa 55 °C beheizt werden können oder sich mit begrenztem Aufwand dorthin bringen lassen. Gegenüber dem Neubaugebiet ändern sich drei Dinge: Die dezentralen Wärmepumpen arbeiten mit höherem Temperaturhub und damit geringerer Jahresarbeitszahl, die Trasse muss in einen bereits belegten Straßenraum, und Flächen für Erdwärmekollektoren sind knapp. Ob das Konzept im konkreten Quartier trägt, entscheidet eine gebäudescharfe Bestandsaufnahme der Vorlauftemperaturen zusammen mit einer Bewertung der verfügbaren Quellen.

Die meisten realisierten Netze der kalten Nahwärme versorgen Neubaugebiete mit Flächenheizungen. Der Gebäudebestand stellt den größten Teil des Wärmebedarfs, und mit der kommunalen Wärmeplanung rückt die Frage in den Vordergrund, welche Bestandsgebiete sich für ein kaltes Netz eignen.

Voraussetzungen auf der Gebäudeseite

Erforderliche Vorlauftemperatur ermitteln

Ausschlaggebend ist nicht die eingestellte Heizkurve, sondern die Vorlauftemperatur, die das Gebäude am Auslegungstag tatsächlich benötigt. Heizkörper im Bestand sind häufig großzügig bemessen, weil sie für den ursprünglichen, höheren Wärmebedarf ausgelegt wurden und die Hülle inzwischen teilweise verbessert ist. Bewährte Methoden zur Ermittlung:

• Raumweise Heizlast und Heizkörperleistung: Heizlast nach DIN EN 12831 je Raum, Heizkörperleistung bei abgesenkter Vorlauftemperatur über den Heizkörperexponenten umrechnen. Der ungünstigste Raum bestimmt die Vorlauftemperatur des Gebäudes.
• Absenkversuch: In einer kalten Periode die Heizkurve schrittweise absenken und beobachten, ob alle Räume ihre Solltemperatur halten.
• Verbrauchsauswertung: Aus mehrjährigen Brennstoffverbräuchen und Gradtagszahlen die Heizlast plausibilisieren.

Die Umrechnung der Heizkörperleistung folgt näherungsweise

Ein Heizkörper, der bei 75/65/20 °C seine Normleistung abgibt, liefert bei 55/45/20 °C nur noch rund 50 % davon. Ist die Heizlast des Raumes inzwischen um ein Drittel gesunken und der Heizkörper ohnehin überdimensioniert, kann das ausreichen.

Niedertemperatur-Readiness herstellen

Wo einzelne Räume die Vorlauftemperatur nach oben treiben, sind gezielte Maßnahmen meist günstiger als eine pauschale Anhebung:

• Tausch einzelner Heizkörper gegen größere Bautiefen oder Gebläsekonvektoren
• hydraulischer Abgleich und Anpassung der Heizkurve
• Dämmung der obersten Geschossdecke, Fenstertausch in kritischen Räumen
• Volumenstromerhöhung durch geringere Spreizung auf der Heizungsseite

Der Effekt ist erheblich: Jedes Kelvin geringere Vorlauftemperatur verbessert die Leistungszahl der Wärmepumpe um grob 2 bis 3 %. Der Artikel Temperaturabsenkung in bestehenden Netzen beschreibt die Prüfschritte für Heizflächen, Warmwasser und Regelung ausführlicher.

Einordnung nach Sanierungsstand

Die Werte sind Richtwerte. Im Einzelgebäude weicht die tatsächlich erforderliche Temperatur oft deutlich ab, meist nach unten.

Wärmepumpen bei 55 bis 65 °C Vorlauf

Einfluss auf die Jahresarbeitszahl

Die Leistungszahl einer Wärmepumpe hängt vom Temperaturhub zwischen Quelle und Senke ab. Eine überschlägige Abschätzung über den Carnot-Gütegrad zeigt die Größenordnung:

Mit einem Gütegrad von 0,5, einer Netztemperatur von 8 °C und je 5 K Grädigkeit an Verdampfer und Verflüssiger ergeben sich:

Die Zahlen sind keine Herstellerwerte, zeigen aber den Trend: Zwischen Flächenheizung im Neubau und 65 °C im unsanierten Bestand verliert die Wärmepumpe rund ein Drittel ihrer Effizienz. Gleichzeitig sinkt die Vorlauftemperatur im Jahresverlauf mit der Heizkurve, sodass die Jahresarbeitszahl über dem COP am Auslegungspunkt liegt. Der Artikel Heizkurven zeigt diesen Zusammenhang im Detail.

Feldmessungen bestätigen, dass Wärmepumpen im Bestand effizient arbeiten können. Im Projekt WPsmart im Bestand des Fraunhofer ISE erreichten zwölf Erdreich-Wärmepumpen in Bestandsgebäuden Jahresarbeitszahlen von 3,3 bis 4,7, im Mittel 4,1. Ein kaltes Netz bietet der Wärmepumpe ähnliche oder etwas höhere Quelltemperaturen als eine Einzelsonde, sodass diese Werte als Orientierung dienen können.

Trinkwarmwasser

Im Bestand ist Trinkwarmwasser oft die eigentliche Temperaturgrenze. Großanlagen im Sinne des DVGW-Arbeitsblatts W 551 benötigen am Speicheraustritt mindestens 60 °C und im Zirkulationsrücklauf mindestens 55 °C. Optionen sind Wärmepumpen mit natürlichen Kältemitteln (z. B. R290), die diese Temperaturen erreichen, zweistufige Systeme mit einer separaten Trinkwasser-Wärmepumpe oder Wohnungsstationen beziehungsweise Frischwassermodule, die die Zirkulationsanforderungen verringern. Die Varianten unterscheiden sich deutlich in Stromverbrauch und Platzbedarf; eine Übersicht gibt der Artikel Warmwasserbereitung.

Hochtemperatur-Kunden und Mischquartiere

Bestandsquartiere sind selten homogen. Typisch sind unterschiedliche Baualter, einzelne Großverbraucher und Nichtwohngebäude. Für Gebäude, die auf absehbare Zeit hohe Vorlauftemperaturen benötigen, gibt es mehrere Ansätze:

• Hochtemperatur-Wärmepumpe am Netz, gegebenenfalls zweistufig, mit niedrigerer Jahresarbeitszahl
• Bivalenter Betrieb: Die Wärmepumpe deckt die Grundlast, ein vorhandener Kessel übernimmt die wenigen Spitzenlaststunden, bis Sanierungsmaßnahmen greifen
• Separate Versorgung: Großverbraucher mit Prozesswärme bleiben außerhalb des kalten Netzes oder werden über ein eigenes Teilnetz versorgt

Nichtwohngebäude sind im Bestand oft ein Vorteil. Supermärkte, Bürogebäude, Arztpraxen oder kleine Rechenzentren haben Kühlbedarf und speisen als Prosumer Wärme ins Netz ein. In gemischten Quartieren sinkt dadurch der Bedarf an zusätzlichen Wärmequellen, was im Bestand mit knappen Freiflächen besonders wertvoll ist.

Trassenführung und Tiefbau im Bestand

Belegter Straßenraum

Im Neubaugebiet wird das Netz gemeinsam mit den übrigen Medien in einer freien Fläche verlegt. Im Bestand liegen Gas, Wasser, Abwasser, Strom und Telekommunikation bereits im Straßenquerschnitt. Kalte Netze benötigen wegen der geringen Spreizung größere Nennweiten als konventionelle Wärmenetze gleicher Leistung, verlangen dafür aber keine Dämmung, keine Kompensation thermischer Dehnung und erlauben flexible PE-Rohre. Typische Planungsaufgaben:

• Leitungsauskünfte und Querschnittsplanung je Straßenabschnitt, Abstand zu Trinkwasserleitungen beachten (Erwärmung im Sommer, Abkühlung im Winter)
• Hausanschlüsse durch Vorgärten und Kellerwände, Platz für Wärmepumpe und Übergabe im Keller
• Wiederherstellung von Oberflächen, Verkehrsführung und Bauzeitenfenster

Tiefbau und Oberflächenwiederherstellung machen im Bestand häufig den größeren Teil der Netzkosten aus. Wirtschaftlich günstig ist die Kopplung mit ohnehin geplanten Straßen-, Kanal- oder Glasfaserbaumaßnahmen. PE-Rohre lassen sich zudem in grabenlosen Verfahren wie dem Spülbohrverfahren einziehen, etwa zur Querung von Straßen, Gleisen oder Gewässern. Grundlagen zur Verlegung beschreibt der Artikel Verlegung und Tiefbau.

Leitungsdichte und Wärmeliniendichte

Bestandsquartiere haben höhere Wärmebedarfe je Trassenmeter als Neubaugebiete. Für ein kaltes Netz ist das ambivalent: Die Investition je MWh sinkt, gleichzeitig steigen die Volumenströme und damit Nennweiten und Pumpenstrom. Bei 4 K Spreizung erfordert 1 MW Entzugsleistung bereits rund 60 kg/s Volumenstrom. Netze im Bestand werden deshalb häufiger als aktive Netze mit zentraler Pumpe ausgeführt, und Netzabschnitte mit hoher Last werden sorgfältig auf Druckverlust ausgelegt. Den Zusammenhang zwischen Wärmedichte und Netzwirtschaftlichkeit erläutert der Artikel Wärmeliniendichte.

Wärmequellen ohne Freiflächen

Flächenkollektoren scheiden im verdichteten Bestand meist aus. Infrage kommen:

• Erdwärmesondenfelder unter Parkplätzen, Sportflächen oder Grünanlagen
• Abwasserwärme aus Sammelkanälen mit ausreichendem Trockenwetterabfluss
• Oberflächengewässer und Grundwasser, soweit wasserrechtlich genehmigungsfähig
• Abwärme aus Gewerbe, Kälteanlagen und Rechenzentren
• Rückkühler oder Luftwärmeübertrager als ergänzende Quelle in den Übergangszeiten

Die Wärmegewinne des Rohrnetzes aus dem Erdreich tragen auch im Bestand bei, unter versiegelten Flächen mit eher höheren Bodentemperaturen im Sommer. Wie sich Quellen und Erdreich über die Jahre verhalten, behandelt der Artikel Saisonale Speicherung in kalten Nahwärmenetzen.

Schrittweise Erschließung

Ein Bestandsquartier wird selten in einem Zug angeschlossen. Eigentümer entscheiden zu unterschiedlichen Zeitpunkten, oft beim Ausfall des alten Wärmeerzeugers. Daraus folgen für die Planung:

1. Ankerkunden zuerst: Kommunale Gebäude, Wohnungsunternehmen und Gewerbe mit Kühlbedarf schaffen eine tragfähige Grundlast.
2. Netz auf den Endausbau, Quellen modular: Die Trasse wird für den Zielzustand dimensioniert, weil ein späterer Paralleltiefbau teuer ist. Erdwärmesondenfelder, Abwasserwärmeübertrager oder Rückkühler werden in Stufen zugebaut.
3. Anschlussquote realistisch ansetzen: Wirtschaftlichkeitsrechnungen mit Varianten für 50, 70 und 90 % Anschlussquote vermeiden Überdimensionierung der Quellen.
4. Sanierungsfahrplan berücksichtigen: Sinkende Heizlasten durch künftige Sanierungen verringern den Quellbedarf und erhöhen die Jahresarbeitszahl.

Hydraulisch muss das Netz in jeder Ausbaustufe funktionieren. Gerade bei geringen Anschlussquoten in der Anfangsphase sind Mindestvolumenströme, Temperaturen am Netzende und die Betriebspunkte der zentralen Pumpe zu prüfen.

Bezug zur kommunalen Wärmeplanung

Das Wärmeplanungsgesetz (WPG) verpflichtet die Länder, für ihr Gebiet Wärmepläne erstellen zu lassen: für Gemeinden mit mehr als 100.000 Einwohnern bis zum 30. Juni 2026, für alle übrigen bis zum 30. Juni 2028. Die Pläne teilen das Gemeindegebiet in voraussichtliche Wärmeversorgungsgebiete ein, insbesondere Wärmenetzgebiete und Gebiete für die dezentrale Versorgung.

Kalte Nahwärme lässt sich in diesem Raster nicht eindeutig zuordnen. Sie ist ein Wärmenetz, die Wärmeerzeugung erfolgt aber dezentral in den Gebäuden. Für die Planungspraxis ergeben sich daraus Ansatzpunkte:

• Gebiete mittlerer Wärmedichte: Wo ein Hochtemperaturnetz wegen geringer Wärmeliniendichte unwirtschaftlich ist, Einzel-Luftwärmepumpen aber an Schall-, Platz- oder Denkmalgrenzen stoßen, ist ein kaltes Netz eine Option, die gezielt untersucht werden sollte.
• Quellenpotenziale: Die Bestands- und Potenzialanalyse der Wärmeplanung erfasst Abwasser, Abwärme und Geothermie. Diese Daten sind eine direkte Grundlage für die Quellenwahl kalter Netze.
• Gebäudeseitige Anforderungen: Nach dem Gebäudeenergiegesetz müssen neue Heizungen grundsätzlich mindestens 65 % erneuerbare Energien nutzen. Eine elektrische Wärmepumpe am kalten Netz erfüllt diese Anforderung in der Regel.
• Förderung: Machbarkeitsstudien und Investitionen in Wärmenetze können über die Bundesförderung effiziente Wärmenetze (BEW) gefördert werden.

Wie Stadtwerke die Wärmeplanung in Versorgungsgebieten umsetzen, beschreibt die Seite kommunale Wärmeplanung für Stadtwerke.

Fazit

Kalte Nahwärme ist im Bestand keine Standardlösung, aber in vielen Quartieren eine realistische Option. Voraussetzung ist eine gebäudescharfe Prüfung der tatsächlich benötigten Vorlauftemperaturen, die im Bestand häufig niedriger liegen als angenommen. Gebäude mit 55 bis 65 °C lassen sich mit Wärmepumpen versorgen, allerdings mit geringerer Jahresarbeitszahl; einzelne Hochtemperatur-Kunden brauchen eigene Lösungen. Die größten Kostentreiber liegen im Tiefbau und in der Quellenerschließung ohne Freiflächen. Eine schrittweise Erschließung mit Ankerkunden, ein auf den Endausbau dimensioniertes Netz und modular wachsende Quellen machen das Projekt beherrschbar.

Weiterführende Artikel: Kalte Nahwärme: Grundlagen beschreibt das Funktionsprinzip, Kalte Nahwärme: Vorteile und Nachteile stellt das Konzept konventionellen Netzen gegenüber, und Temperaturabsenkung in bestehenden Netzen zeigt, wie Gebäude auf niedrigere Systemtemperaturen vorbereitet werden.

Quellen und Normen

• Gesetz für die Wärmeplanung und zur Dekarbonisierung der Wärmenetze (Wärmeplanungsgesetz — WPG) vom 20. Dezember 2023, BGBl. 2023 I Nr. 394.
• Gebäudeenergiegesetz (GEG) vom 8. August 2020, zuletzt geändert durch Gesetz vom 16. Oktober 2023, § 71.
• DIN EN 12831-1:2017-09: Energetische Bewertung von Gebäuden — Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast.
• DVGW W 551 (2004): Trinkwassererwärmungs- und Trinkwasserleitungsanlagen; Technische Maßnahmen zur Verminderung des Legionellenwachstums.
• Fraunhofer ISE (2020): WPsmart im Bestand — Felduntersuchung von Wärmepumpen in Bestandsgebäuden, Ergebnisbericht, zusammengefasst in TGA Fachplaner.
• Buffa, S. et al. (2019): 5th generation district heating and cooling systems: A review of existing cases in Europe. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 104, S. 504–522.
• BMWK; BMWSB (2024): Leitfaden Wärmeplanung. Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz / Bundesministerium für Wohnen, Stadtentwicklung und Bauwesen.