Kalte Nahwärme: Vorteile und Nachteile

Kalte Nahwärmenetze (5GDHC) bieten mit unter 3 % Wärmeverlusten, gleichzeitiger Heiz- und Kühlversorgung und günstigen Kunststoffrohren klare Vorteile gegenüber konventioneller Fernwärme. Dem stehen der Strombedarf dezentraler Wärmepumpen (JAZ 3,5—5,0) und die anspruchsvollere Planung mit Erdreichsimulation gegenüber.

Vorteile kalter Nahwärme

Minimale Wärmeverluste

Der größte Vorteil kalter Nahwärmenetze liegt in den extrem niedrigen Wärmeverlusten. Da die Netztemperaturen nahe der Erdreichtemperatur liegen (typisch 5–20 °C), ist die Temperaturdifferenz zwischen Medium und Umgebung minimal. Während konventionelle Fernwärmenetze Wärmeverluste von 10–25 % aufweisen, liegen die Verluste bei kalter Nahwärme typischerweise unter 3 %.

Bei längeren Trassenlängen und geringer Wärmeliniendichte — Situationen, in denen konventionelle Netze oft unwirtschaftlich werden — bleibt kalte Nahwärme effizient.

Gleichzeitige Heiz- und Kühlversorgung

Kalte Nahwärmenetze können im selben Netz gleichzeitig Heiz- und Kühlenergie bereitstellen. Gebäude mit Kühlbedarf speisen ihre Abwärme ins Netz ein, die von Gebäuden mit Heizbedarf genutzt werden kann. Dieser Synergieeffekt verbessert die Gesamteffizienz des Systems erheblich.

In gemischt genutzten Quartieren mit Wohn-, Büro- und Gewerbeflächen kann dieser Effekt besonders ausgeprägt sein.

Einfache Einbindung erneuerbarer Wärmequellen

Da das Netz auf Niedertemperatur-Niveau arbeitet, lassen sich viele erneuerbare und Abwärmequellen direkt einbinden:

• Erdwärmesonden und -kollektoren
• Solarthermie (auch ohne Hochtemperatur-Kollektoren)
• Abwärme aus Gewerbe und Industrie (auch niedertemperaturig)
• Abwasser- und Flusswärme

Geringere Investitionskosten für Rohrleitungen

Durch die niedrigen Temperaturen können ungedämmte oder gering gedämmte Kunststoffrohre (PE-Xa, PE 100) verwendet werden. Diese sind deutlich günstiger als vorgedämmte Stahlrohre konventioneller Fernwärme:

Hohe Betriebssicherheit und Langlebigkeit

Kunststoffrohre sind korrosionsbeständig und haben eine erwartete Lebensdauer von über 50 Jahren. Die niedrigen Temperaturen und Drücke reduzieren die Materialbelastung und den Wartungsaufwand.

Keine Gefahr bei Leckagen

Im Gegensatz zu Hochtemperatur-Fernwärme besteht bei Leckagen keine Verbrühungsgefahr. Das austretende Medium hat nahezu Umgebungstemperatur.

Nachteile kalter Nahwärme

Dezentrale Wärmepumpen erforderlich

Jeder Abnehmer benötigt eine eigene Wärmepumpe, um das Niedertemperatur-Niveau auf Nutztemperatur anzuheben. Das bedeutet:

• Höhere gebäudeseitige Investitionskosten (Wärmepumpe pro Gebäude)
• Stromkosten für den Wärmepumpenbetrieb
• Wartung der dezentralen Anlagen
• Schallschutz muss beachtet werden

Die Jahresarbeitszahl (JAZ) der Wärmepumpen liegt typischerweise bei 3,5–5,0 und hängt stark von der Quellentemperatur und der geforderten Vorlauftemperatur ab.

Strombedarf

Anders als bei konventioneller Fernwärme, wo die Wärme direkt nutzbar am Gebäude ankommt, benötigt kalte Nahwärme signifikante Mengen an Strom für die dezentralen Wärmepumpen. Bei einer JAZ von 4 werden rund 25 % der Heizenergie als Strom benötigt.

Dies erfordert:

• Ausreichende elektrische Netzkapazität im Quartier
• Wirtschaftliche Strombezugskonditionen
• Idealerweise eine Kopplung mit lokaler PV-Stromerzeugung

Begrenzte Vorlauftemperatur

Die erreichbare Vorlauftemperatur hängt von der Wärmepumpe ab. Für die Trinkwarmwasserbereitung sind mindestens 60 °C erforderlich (Legionellenschutz). Bei sehr niedrigen Netztemperaturen im Winter sinkt die Effizienz der Wärmepumpe.

Gebäude mit Hochtemperatur-Heizsystemen (alte Radiatoren, >70 °C Vorlauf) sind nur eingeschränkt geeignet. Flächenheizungen (Fußboden, Wand) mit niedrigen Vorlauftemperaturen sind ideal.

Komplexere Planung und Simulation

Die Auslegung kalter Nahwärmenetze ist anspruchsvoller als bei konventionellen Systemen:

• Erdreichkopplung muss über Jahressimulationen bewertet werden
• Thermische Regeneration des Erdreichs ist zu prüfen
• Hydraulik unterscheidet sich grundlegend (passive vs. aktive Netze)
• Gleichzeitigkeit von Heizen und Kühlen muss modelliert werden

Abhängigkeit von Erdreichbedingungen

Die Leistungsfähigkeit hängt stark von den lokalen Bodenverhältnissen ab:

• Bodenwärmeleitfähigkeit: Trockener Sand (~0,4 W/mK) vs. wassergesättigter Ton (~1,8 W/mK)
• Grundwasserstand: Hoher Grundwasserstand verbessert die Wärmeübertragung
• Verfügbare Fläche: Erdwärmekollektoren benötigen 1,5–2,5 m² pro kW Entzugsleistung

Regulatorische Unsicherheiten

Die rechtliche Einordnung kalter Nahwärmenetze ist in einigen Bereichen noch nicht abschließend geklärt:

• Genehmigungsverfahren für Erdwärmenutzung (wasserrechtlich)
• Abgrenzung zu Fernwärme in der AVBFernwärmeV
• Förderfähigkeit (BEW-Förderung ist grundsätzlich möglich)

Wann eignet sich kalte Nahwärme?

Kalte Nahwärme ist besonders geeignet für:

• Neubauquartiere mit Flächenheizungen und niedrigem Temperaturniveau
• Quartiere mit gemischter Nutzung (Heiz- und Kühlbedarf)
• Gebiete mit niedriger Wärmeliniendichte, wo konventionelle Netze unwirtschaftlich wären
• Standorte mit guten Erdreichbedingungen oder verfügbaren Umweltwärmequellen

Weniger geeignet ist das Konzept für:

• Bestandsquartiere mit Hochtemperatur-Heizsystemen
• Gebiete mit sehr hoher Wärmedichte (hier ist konventionelle Fernwärme oft wirtschaftlicher)
• Standorte ohne ausreichende elektrische Netzkapazität

Fazit

Kalte Nahwärme ist kein Allheilmittel, aber ein leistungsfähiges Konzept für die richtige Anwendung. Die minimalen Wärmeverluste, die Möglichkeit zur gleichzeitigen Heiz- und Kühlversorgung und die einfache Einbindung erneuerbarer Quellen sind überzeugende Vorteile. Dem stehen der Strombedarf für dezentrale Wärmepumpen und die komplexere Planung gegenüber. Eine fundierte Simulation mit thermo-hydraulischer Jahresberechnung — wie sie etwa VICUS Districts ermöglicht — ist entscheidend, um die Wirtschaftlichkeit belastbar nachzuweisen.

Weiterführende Artikel: Kalte Nahwärme: Grundlagen beschreibt das Funktionsprinzip und die Systemkomponenten im Detail, Wärmeverlustberechnung zeigt, wie Verteilverluste in konventionellen und kalten Netzen berechnet werden, und Wirtschaftlichkeitsberechnung nach VDI 2067 erläutert die Methodik zur wirtschaftlichen Bewertung von Wärmenetzprojekten.

Quellen und Normen

• 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.
• Lund, H. et al. (2014): 4th Generation District Heating (4GDH). Energy, 68, S. 1–11.
• IEA DHC Annex TS2 — Implementation of Low-Temperature District Heating Systems
• Zeh, R.; Stockinger, V. (2019): Kalte Nahwärme — Wärme- und Kälteversorgung der Zukunft für Quartiere. Ingenieur Spiegel, 2019.