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3. Szenario

3.1 Intro


Dieser Abschnitt behandelt die Frage nach der bundesweiten Realisierbarkeit von Wärmenetzen der besprochenen Art.
Die Auswertung der Daten von citypopulation.de [75] und anderen Statistik-Portalen ergab, dass 2017 in Deutschland 82.792.000 Menschen auf 357.578 km² lebten.
Eine grobe, aber dafür sehr übersichtliche Einteilung ergibt folgendes Muster: Die Wohnstätten von rund 60 Millionen Menschen befinden sich in urbanen Gebieten auf einer Siedlungsfläche von etwa 24.000 Quadratkilometern.
  1. knapp 20 Millionen in Metropolen mit über 1 Million Einwohnern bei einer Siedlungsdichte von ca. 4.000 Einwohnern pro Quadratkilometer,
  2. fast 20 Millionen in Großstädten von 100.000 bis 1 Million Einwohnern bei einer Dichte von um die 3.000 Einwohnern pro Quadratkilometer und
  3. etwas über 20 Millionen in Klein- und Mittelstädten zwischen 4.000 und 100.000 Einwohnern bei knapp 2.000 Einwohnern pro Quadratkilometer.
Weitere etwa 20 Millionen Menschen wohnen in kleineren Orten oder verstreut mit etwa 500 Bewohnern pro Quadratkilometer Siedlungsfläche.

Unter "Siedlungsflächen" verstehen wir die Flächensummen der bebauten Grundstücke mit direkter Erschließungsumgebung, also ohne größere Gewässer, Parks, Wiesen und Wälder. Sie dienen als Grundlage zur Ermittlung der Leitungslängen in den Unterverteilungen der Wärmenetze.

Für jede der vier Gruppen wird ein Beispiel-Szenario zur Dimensionierung eines Heliogaia-Fernheizsystems abgeschätzt, jeweils vor und nach der energetischen Sanierung der Einzelgebäude:

  1. Berlin
  2. Cottbus
  3. Röbel und umgebende Siedlungen (im Weiteren mit Röbel bezeichnet)
  4. Rietz-Neuendorf und umgebende Siedlungen (im Weiteren mit Rietz bezeichnet)


Dabei interessieren folgende Ergebnisse absolut bzw. pro Kopf:



Ausgangspunkt sind die Gegebenheiten in Deutschland 2017/18.
Die Ergebnisse, jeweils in Tabellen abgeschätzt, finden sich auf den nächsten Seiten dargestellt.

Namensymbole für die jeweils eingerichteten Tabellenblätter (e, t, u, h, s) und deren Inhalt:


Wegen unterschiedlicher Herangehensweisen enthalten manche Tabellen auch weniger Blätter.
Um Vergleichbarkeit zu erreichen, wurde für die verschiedenen Szenarien möglichst von einheitlichen Voreinstellungen ausgegangen. Eingabefelder sind jeweils blau unterlegt.
Die Zahlen lassen sich ändern, um Auswirkungen zu beobachten. Das ist allerdings wegen der vielen gegenseitigen Beziehungen manchmal nicht einfach. Die Tabellen haben noch keine Testphase durchlaufen und enthalten möglicherweise Fehler.

Ausgangspunkt der Modellrechnungen war jeweils der komplette auf eine Person bezogene Bedarf an Niedrigtemperaturwärme in Haushalt, Öffentlichkeit und Gewerbe für Raumheizung, Warmwasser und Prozesse
  1. im Vergleichszeitraum der Zehner-Jahre ca. 10.600 kWh/a/Kopf,
  2. künftig, nach Erreichen des Sanierungszieles 5.905 kWh/a/Kopf.
Waren keine anderen Zahlen verfügbar, so kamen bundes-durchschnittliche Werte zum Einsatz; z.B. die Wohnfläche von 46,5 m²/Kopf sowie die Dena-Angabe, dass 37% der Gebäude-Endenergie auf Nichtwohngebäude entfallen [9] S.7,

zu 2. ergeben sich mit Erreichen der Zielstellung von 80 kWh/m² (46,5*80)/(100-37) *100 = 5.905 und
zu 1. nach [91] für 2016 unter Einbeziehung von 10% der Prozesswärme rund 10.600 kWh/a/Kopf.

Die Zahl 46,5 hat sich nach einer Aktualisierung der Quelle [118] auf 47,4 erhöht. Das wurde hier in der hauptsächlich für Ausgangswerte verwendeten Sammlung Energierelevante Zahlen für Deutschland und Berlin: ods html eingetragen, jedoch wegen Geringfügigkeit noch nicht auf alle anderen Rechnungen und Texte ausgedehnt. So wird auch in analogen Fällen verfahren, wenn Grundaussagen nicht berührt sind.

Der Bedarf zu 2. wird in den Tabellen "jahreslauf..." (Tabellenblatt e) nach einer Sinusfunktion über die Tage des Jahres verteilt und dem täglichen Gewinn aus der Kollektorfläche gegenübergestellt. Der Gewinn muss sofort verbraucht bzw. bei Überschuss in den Saisonspeicher abgeleitet werden. Liegt der Tagesbedarf über dem Gewinn, so kommt die Differenz aus dem Speicher zurück.
Bei Anwendung der entsprechenden Verlustfaktoren ergibt sich der Temperaturverlauf im Saisonspeicher, der jährlich zwischen 40 und 80 Grad pendeln soll.
Dies erreicht man durch Anpassung der ( zuvor nur grob überschlagenen) Speicherkapazität und Kollektorfläche. Aus den so ausbalancierten Werten lässt sich dann in Tabellenblatt t nach weiteren Eingaben alles andere berechnen, letztlich das Investitionsvolumen und der monatlich pro Kopf aufzubringende Betrag.

Die Kollektorfläche kann aufgeteilt werden in einen innerstädtischen und einen externen Bereich (als Kollektorfeld mit Aufstellungsfaktor 2,75 für den Flächenbedarf, Verschattungsvermeidung, Wege, Zäune). Um den Härtefall für Flächenverbrauch zu demonstrieren, werden für Rietz, Röbel und Cottbus im Modell vorerst keine innerstädtischen Flächenpotentiale zugelassen. (Für Berlin macht das von Beginn an keinen Sinn.)

Die gesamte Anlage auf den gegenwärtigen Verbrauch einzustellen hieße Überdimensionieren. Es muss in der nächsten Zukunft wegen der Modernisierungsarbeiten von rückläufigem Bedarf ausgegangen werden. Realistisch erscheint das Sanierungsziel von im Mittel 80 kWh/a/m². Weitere Überlegungen dazu gibt es in den Kapiteln "Standardhaus" und "Sanierungswahnsinn".
Der gegenwärtig höhere Verbrauch wird durch das Heizkraftwerk und die Installation der dritten Leitung abgefangen. Dazu gibt es eine Parallelberechnung und ein weiteres Endergebnis. Eventuell schon vorhandene Infrastruktur oder nutzbare Abwärmequellen könnten die Kosten senken, werden aber hier ignoriert.

Die Tabellenblätter t, u und h enthalten pauschale Abschätzungen zu Fernwärmenetzen, die sich, was Leitungslängen betrifft, für die Hauptleitung an realen Entfernungen und für die Unterverteilung an mittleren "Grundstücks"-größen orientieren, wobei die gesamte Siedlungsfläche durch die Anzahl der zu beheizenden Gebäude geteilt wurde, letztere nötigenfalls in Blatt s anhand von Auszählungen an Karten ermittelt. Zur Dimensionierung der Querschnitte wurden die Auslegungsleistung als doppelte Normleistung und übliche Strömungsgeschwindigkeiten angesetzt. Ergeben sich zu hohe Druckabfälle, muss in mehreren Stufen gepumpt werden. Die Pumpenleistung kann in die Heizleistung bei verbrauchernaher Installation einfließen. Das wurde jedoch nicht bilanziert, auch nicht Pumpleistungen innerhalb der Gebäude.

Die zu erzeugende Gesamtwärmeleistung enthält selbstverständlich alle zu erwartenden Verluste.

Hier die Einzelauswertungen:

3.2. Röbel, Vertreter für Kleinstadt


Röbel

3.3. Rietz, Vertreter für ländlichen Raum


Rietz

3.4. Berlin, Vertreter für Metropolen


Berlin

3.5. Cottbus, Vertreter für Großstadt


Cottbus

3.6. Endergebnisse


Endergebnisse

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