kalte Nahwärme

Aktuell: Vom Wissen ins Machen kommen

Hier zeigen wir den neuesten Stand unseres Projekts zur kalten Nahwärme.

Kaltes Nahwärmenetz mit Netzkollektoren

Die gezeigten Zahlen stammen aus der Planung eines realen Quartiers – alle Werte wurden projektspezifisch berechnet; Name und Ort des Projekts bleiben aus Gründen der Vertraulichkeit ungenannt.

Quartier

  • Anzahl Bauplätze: 100
  • Gesamtlänge Netz: 2025 m
  • Jahreswärmebedarf: 2 249 257 kWh/a
  • Grundstücksfläche gesamt: 46 190 m² 

Wärmequellen

  • Anzahl Wärmequellen: 7 Sondenfelder
  • Wärmequellen Art: Tiefensonden

Hauptrohr

  • Dimension: DN300 SDR17
  • Volumenstrom: 73,5 m³/h
  • Strömungsgeschwindigkeit: 0,337 m/s
  • maximaler Druckverlust: 23,1 mbar

Wärmeabnahme

  • hydraulisch entkoppelt mit 1 – 4 Netzkollektoren pro Grundstück

Hier finden Sie die Skizzen als Download:

Unsere Entwicklung im Überblick

In diesen Beiträgen dokumentieren wir, wie unsere Idee entstanden ist – von ersten Überlegungen bis zum aktuellen Planungsstand.

1 | Ist der aktuelle Stand noch zeitgemäß?

 

Bisheriger Stand der Technik

Wir haben uns intensiv Gedanken gemacht und uns gefragt, ob der aktuelle Ansatz für kalte Nahwärme wirklich optimal ist. Wir haben Patente eingereicht und die bestehende Vorgehensweise hinterfragt. Wir haben eine Lösung entwickelt, die diese Herausforderungen angeht und hohes Ver­besserungspotential bietet.

 

Nachteile des aktuellen Systems:

  • Doppelte Leitungsführung mit Vor- und Rücklauf.
  • Hohe Komplexität in Planung und Betrieb um auch den entferntesten Abnehmer sicher zu versorgen.
  • Hoher Installationsaufwand mit vielen Verteilern.
  • Durch die gemeinsame Hydraulik können selbst kleine Leckagen das gesamte Netz stilllegen.
  • Die Länge des Netzes ist begrenzt.

2 | Neuer Ansatz für kalte Nahwärme

 

Unsere neue Lösung als Einrohr-Ringleitung mit unterschiedlichen Quellen und Abnehmern:

Mit unseren eingereichten Patenten bieten wir hohes Verbesserungspotential und reduzieren gleichzeitig
die technischen Anforderungen.

 

Vorteile unseres neuen Systems:

  • Einfache Leitungsführung als Ringleitung in unbegrenzter Länge.
  • Geringer Installationsaufwand dank hydraulisch entkoppelter Kleinabnehmer über Netzkollektoren.
  • Flexible Anbindung größerer Abnehmer mit auto­matischer Anpassung der Fließgeschwindigkeit.
  • Einfache Temperatur- und Volumenregelung über die Quellen- und Verbraucherpumpen.
  • Betrieb ohne Frostschutz möglich (in der Ringleitung).
  • Wesentliche Kostenoptimierung in Erstellung und Betrieb.

3 | Effiziente Netzgestaltung für maximale Leistung: Unser Ringleitungssystem im Fokus

 

Unser Ziel:

  • Geringstmöglicher Druckverlust.
  • Keinerlei hydraulische Störungen.
  • Automatische Regulierung der Strömungs­geschwindigkeit.
  • Möglichst niedriger Systemdruck.
  • Keine wesentlichen geodätischen Druckunterschiede.
  • Möglichkeit zur Realisierung unbegrenzt langer Netze.

 

Daher:

  • Keine bremsenden Elemente in der Ringleitung: weder Ventile, Pumpen noch strömungsungünstige Abzweigungen.
  • Zur Aufrechterhaltung der Soll-Fließgeschwindigkeit werden die tangentialen Aus- und Einleitungen der Wärmequellen und Hauptabnehmer genutzt. Die Pumpenleistung an den Einleitungspunkten unterstützt dabei die Beschleunigung im Netz (Injektor).
  • Kleinere Verbraucher werden hydraulisch nicht direkt angebunden, dafür dienen die Netzkollektoren.
  • Der Wärmebedarf und Volumenstrom werden sektoral bewertet.

4 | Sektorale Bewertung des Wärmebedarfs und Volumenstroms

 

Grundlegende Fakten:

  • Zum jeweiligen Sektoranfang- und ende sollen die gleichen Temperaturverhältnisse herrschen. Der Druck wird durch Sektorpumpen ausgeglichen, wobei die Fließgeschwindigkeit ebenfalls durch diese geregelt wird.
  • Saisonale Umstellung der Sektorpumpe für Sommer- und Winterbetrieb.
  • Kontrolle von Temperatur und Fließgeschwindigkeit im Hauptnetz sind optional.

 

Beispiel an einem Sektor mit 200 m Länge und 8 Abnehmern:

  • Ausführung: DN300 SDR17, Außendurchmesser 315 mm, Innendurchmesser 277,6 mm
  • Rohrlänge Sektor: 200 m
  • Volumenstrom: 100 m³/h
  • Strömungsgeschwindigkeit: 0,459 m/s
  • Druckverlust: 18 mbar

5 | Beschreibung der Quellen und Großabnehmersteuerung

 

Quellen und Großabnehmersteuerung:

  • Quellen haben immer einen Sektorschacht mit Sektorpumpe, Lastventil und Temperaturfühler.
  • Quellen können sein: Kollektoren, Tiefensonden, PVT, Abwärme (industriell oder kommunal) oder Rücklauf von Fernwärmeleitungen.
  • Großabnehmer können mit demselben System des Sektorschachts hydraulisch angebunden werden.

 

Quellenbeispiel mit Tiefensonde an einem Sektor mit 200 m Länge:

Die 0,5 °C / 48 kW wird durch die Quelle nachgeführt:

  • Hauptvolumenstrom 100m³/h
  • Quellenvolumenstrom ca. 10 m³/h in der Ausleitung
  • 6 x 200 m: 12 Stränge
  • Außendurchmesser: 40 mm Druckverlust: 116 mbar

Die Sektorpumpe muss einen Druckverlust von 134 mbar ausgleichen.

6 | Wirkungsweise der Netzkollektoren

 

Leistungsbeschreibung:

Für ein Einfamilienhaus KfW 40 bis 150 m² wird ein Kollektor (3,5 – 7 m Länge mit 3 – 5 kW Entzugs­leistung) benötigt.

 

Einbau:

Der Anlieferungszustand des Kollektors ist 3,5 m. Der Kollektor wird über das Hauptrohr geführt und auf bis zu 7 m auseinandergezogen. Falls mehrere Kollektoren benötigt werden, sind diese über einen Verteiler zusammenzuführen. Die Grabenverfüllung erfolgt mit wärmeleitendem Material (z.B. Flüssigboden).

 

Vorteil:

Der Kollektor ist hydraulisch nicht mit dem Hauptrohr verbunden, sondern wird durch die Wärmepumpe des Abnehmers direkt betrieben.

7 | Integration von Netzkollektor und Power Unit in bestehende Fernwärmenetze

 

Einsatz im Zwei-Leiter-System

Die Power Unit und der Netzkollektor sind auch für das konventionelle Zwei-Leiter-System geeignet: ein Kleinabnehmer kann mit einem Netzkollektor, ein Hauptabnehmer mit einer Power Unit an eine bestehende Fernwärmeleitung angeschlossen werden.

8 | Power Units im Zwei-Leiter-System

 

Erweiterung von kalten Nahwärmenetzen im Bestand

  • Nachrüstung in Bestandsnetzen.
  • Beliebige Netzvergrößerung möglich.
  • Neue Netzteilnehmer können ohne Druck­verlusterhöhung eingebunden werden.
  • Zusammenfassung mehrerer kleiner Abnehmer oder eines Großabnehmers durch Power Units.
  • Tangentiale Aus- und Einleitung der Volumen­ströme für minimale Strömungsstörungen.
  • Automatische Regelung des Druckverlust­ausgleichs durch Power Units.

9 | Kaltes Nahwärmenetz mit Integration bestehender Fernwärme

  • Die Fernwärmeleitung als leistungsfähige Wärmequelle für das kalte Nahwärmenetz.
  • Energie wird effizienter genutzt: die Restwärme von Fernwärmenetzen wird nutzbar gemacht.
  • Auch das Fernwärmenetz profitiert durch die Abkühlung der Rücklaufleitungen.

10 | Power Unit

 

Die Power Unit und der Netzkollektor sind auch für das Zwei-Leiter-System geeignet.

Unsere Stärke liegt in der Herstellung des Netz­kollektors. Jetzt suchen wir kompetente Partner, um gemeinsam die optimale Power Unit zu realisieren.

Die Power Unit umfasst den gesamten Sektorschacht mit Sektorpumpe, Lastventil und Temperaturfühler.

Konkret suchen wir Partner für folgende Bereiche:

  • Fertigung von Sektorschächten / Verteilerschächten
  • Netzdesign, Planung und Softwarelösungen
  • Sektorpumpen
  • Lastventile

Interessiert an einer Zusammenarbeit? Wir freuen uns auf Ihre Kontaktaufnahme!

11 | Ringleitung mit Netzkollektor im Straßenquerschnitt

 

  • keine Verteiler notwendig
  • Entkopplung der Hausanschlüsse von der Hauptleitung

Durch die systematische Trennung von Hauptleitung und Verbraucher / Netz­kollektor sind jeweils verschiedene Flüssigkeiten (Wasser / Frostschutz) und Drücke möglich und gewollt.

Ziel ist es, Quelle und Hauptleitung möglichst ohne Frostschutz zu befahren.

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Aus patentrechtlichen Gründen sind die Darstellungen nicht detail- und maßstabsgetreu und sind nur schematisch dargestellt.