Wärmeleistungsbedarf und Lastgang

Der Wärmeleistungsbedarf bestimmt die Auslegung aller Komponenten eines thermischen Netzes — von den Wärmeerzeugern über die Rohrdimensionierung bis zur Wirtschaftlichkeit. Er setzt sich aus Raumwärme (8—30 W/m² je nach Gebäudetyp), Warmwasser und Verteilverlusten zusammen und wird über die Jahresdauerlinie analysiert, die den Bedarf in Grundlast und Spitzenlast aufteilt. Der Gleichzeitigkeitsfaktor (0,50—0,80 je nach Kundenzahl) senkt den tatsächlichen Leistungsbedarf gegenüber der Summe der Einzelanschlüsse erheblich.

Bestandteile des Wärmeleistungsbedarfs

Der Gesamtwärmebedarf eines thermischen Netzes setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen:

• Raumwärme: Witterungsabhängig, starke saisonale Schwankungen, typischerweise nur während der Heizperiode (ca. 250 Tage/Jahr)
• Warmwasser: Ganzjährig anfallend, relativ konstant mit leichten saisonalen Schwankungen
• Prozesswärme: Je nach Abnehmerstruktur (Industrie, Gewerbe) mit eigenem Lastprofil
• Wärmeverteilverluste: Ganzjährig, abhängig von Netztemperaturen und Dämmung

Spezifischer Wärmebedarf nach Gebäudetyp

Der spezifische Heizwärmebedarf variiert stark je nach Gebäudestandard und Baujahr:

Diese Werte beziehen sich auf die Energiebezugsfläche (EBF) und dienen als erste Abschätzung. Für bestehende Bauten ist eine Abschätzung auf Basis des tatsächlichen Energieverbrauchs vorzuziehen.

Lastkennlinie und Jahresdauerlinie

Lastkennlinie

Die Lastkennlinie stellt den Zusammenhang zwischen dem Wärmeleistungsbedarf des Netzes und der Außentemperatur dar. Sie wird aus den Leistungsanforderungen aller angeschlossenen Kunden in Abhängigkeit der Außentemperatur zusammengesetzt:

• Bei Auslegungstemperatur (z. B. $-8$ °C in Zürich): maximaler Wärmeleistungsbedarf
• Bei Heizgrenze (z. B. $+15$ °C): nur Warmwasser und Wärmeverluste
• Oberhalb der Heizgrenze: reduzierter Sommerbetrieb

Jahresdauerlinie

Die Jahresdauerlinie ist eines der wichtigsten Planungsinstrumente. Sie ordnet die stündlichen Leistungswerte eines Jahres der Größe nach und zeigt, wie viele Stunden im Jahr eine bestimmte Leistung überschritten wird.

Typische Merkmale einer Jahresdauerlinie für thermische Netze:

• Der Spitzenleistungsbedarf tritt nur wenige hundert Stunden im Jahr auf
• Rund 50 % des Jahreswärmebedarfs werden in nur 100 bis 120 Tagen benötigt
• Der Sommerbetrieb (Warmwasser, Verluste) umfasst ca. 15 — 25 % des Spitzenbedarfs

Die Jahresdauerlinie bildet die Grundlage für die Aufteilung in Grundlast und Spitzenlast, was direkt die Wahl und Dimensionierung der Wärmeerzeuger bestimmt.

Vollbetriebsstunden

Die Vollbetriebsstunden $t_{VB}$ beschreiben die Äquivalentzeit, in der ein Erzeuger bei Nennleistung laufen müsste, um den Jahresenergiebedarf zu decken:

mit $Q_a$ als Jahreswärmeenergie [kWh/a] und $\dot{Q}_{max}$ als maximaler Wärmeleistung [kW].

Typische Vollbetriebsstunden für verschiedene Gebäudetypen und Regionen:

Die Vollbetriebsstunden sind ein wichtiger Indikator für die Auslastung des Netzes und damit für die Wirtschaftlichkeit.

Gleichzeitigkeitsfaktor

Nicht alle Kunden fordern gleichzeitig ihre maximale Leistung ab. Der Gleichzeitigkeitsfaktor $g$ beschreibt das Verhältnis zwischen der maximalen gleichzeitig auftretenden Leistung und der Summe aller abonnierten Anschlussleistungen:

Der Gleichzeitigkeitsfaktor sinkt mit zunehmender Anzahl der Wärmekunden. Bei Wohngebäuden liegt er typischerweise bei:

• 5 Kunden: $g \approx 0{,}8$
• 20 Kunden: $g \approx 0{,}65$
• 100 Kunden: $g \approx 0{,}55$
• 300 Kunden: $g \approx 0{,}50$

Der Gleichzeitigkeitsfaktor hat direkten Einfluss auf die Dimensionierung der Wärmeerzeuger und der Hauptleitungen. Er wird in der Regel nicht auf die Hausanschlussleitungen angewendet, da diese den Einzelbedarf jedes Kunden abdecken müssen.

Ermittlung in der Praxis

Für die Bestimmung des Wärmeleistungsbedarfs hat sich ein iteratives Vorgehen bewährt:

1. Energiebezugsfläche (EBF) der Gebäude ermitteln
2. Spezifischen Heizwärmebedarf anhand von Gebäudestandard und Nutzungsart abschätzen
3. Warmwasserbedarf ergänzen (bei Wohngebäuden ca. 20 kWh/(m²·a))
4. Lastgang auf Basis von Klimadaten und Nutzungsprofilen modellieren
5. Jahresdauerlinie aus den stündlichen Werten ableiten
6. Gleichzeitigkeitsfaktor ansetzen und Gesamtleistungsbedarf bestimmen

Für bestehende Gebäude kann der Energieverbrauch über Heizkostenabrechnungen und Zählerstandsauswertungen validiert werden. Bei Neubauten ist auf die durch Gebäudesanierungen sinkenden Verbräuche während der Betriebsdauer des Netzes zu achten.

Bedeutung für die Netzplanung

Die sorgfältige Ermittlung des Wärmeleistungsbedarfs bildet das Fundament aller nachfolgenden Planungsschritte. Ein überschätzter Bedarf führt zu überdimensionierten und damit unwirtschaftlichen Anlagen. Ein unterschätzter Bedarf kann Versorgungsengpässe verursachen. Simulationssoftware wie VICUS Districts ermöglicht die detaillierte Modellierung von Lastprofilen und deren Zusammenspiel mit der Erzeugung und dem Verteilnetz.

Weiterführende Artikel: Rohrdimensionierung zeigt, wie der ermittelte Wärmeleistungsbedarf in die Bestimmung der Rohrdurchmesser einfließt, Versorgungsgebiet und Wärmebezugsdichte beschreibt die räumliche Analyse des Wärmebedarfs als Grundlage der Netzplanung, und Wirtschaftlichkeitsberechnung nach VDI 2067 erläutert, wie der Lastgang in die Wirtschaftlichkeitsbewertung eingeht.

Quellen und Normen

• DIN EN 12831 — Energetische Bewertung von Gebäuden — Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast
• VDI 4655 — Referenzlastprofile von Wohngebäuden für Strom, Heizung und Trinkwarmwasser
• AGFW FW 309 — Energetische Bewertung von Fernwärme und Fernkälte