Überblick

t
s


Tabelle 1: t

Szenario für Cottbus
Ort Status Einwohner bebaute Fläche benötigte Wärme Bemerkungen Zusätze





km² kWh/a











Cottbus Stadt 100219 42,67 533.228.711 https://de.wikipedia.org/wiki/Cottbus#cite_note-Metadaten_Einwohnerzahl_DE-BB-1








Merkmale: Keine Unterteilung des Plangebietes, dadurch keine Hauptverteilungsleitungen; Kollektorfeld komplett außerhalb der Stadt; wenn möglich, wird am Speicher vorbei geheizt; Dachflächen nicht verwendet; Volldeckung der Wärmelast für moderat sanierte Gebäude, ansonsten Teildeckung und zur Unterstützung zentrales BHKW; Heizperiode sind 180 Tage













x= nicht verwendet
Größe Wert Einheit Abschreibung in a Quelle/ Bemerkung maximaler Druckabfall bei Auslegungsleistung in einem Fernheizzweig (viermal reduziert)

Parameter, Eingabe

Eingabefelder blau


Abschnittnummer endet bei Meter Gebäudeanzahl bis Abschnittende Auslegungsleistung zu Beginn des Abschnittes in kW Leitungsdurchmesser in m Druckabfall pro m bei 2m/s in bar Druckabfall am Abschnitt Doppelleitung in bar



Allgemein durchschnittliche Wohnfläche pro Kopf, Cottbus 41,9 m²/Kopf
[32] ; S.300 1 1.633 37 1.600 0,090 0,0039 13 Formelparameter für Druckabfall


Endenergie für Heizung+WW, saniert 80 kWh/a/m² https://heliogaia.de/Heizspiegel-fuer-Deutschland-2018.pdf 2 3.266 74 1.200 0,078 0,0047 15 a 1,1900


Anteil der Nichtwohngebäude am Endenergieverbrauch 37 % https://heliogaia.de/9254_Gebaeudereport_dena_kompakt_2018.pdf 3 4.899 111 800 0,064 0,0059 19 b 0,2240


Endenergie für Heizung+WW (Wohn-&Nichtwohngebäude) nach moderater Sanierung 5.321 kWh/a/Kopf
errechnet aus Werten dieser Tabelle 4 6.532 148 400 0,045 0,0090 29 siehe Tabellen Druckverlust



Wärmeverbrauch unter 100 Grad (Haushalte,Gewerbe,Industrie)pro Kopf; BRD 2017 10.641 kWh/a/Kopf
www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/384/bilder/dateien/3_tab_energieverbrauch-eev-sektor-waermezwecke_2018-02-14.pdf



0,069
77 in 4 Stufen



Endenergie nur für Warmwasser(WW) für alle Gebäude pro Kopf 1.437 kWh/a/Kopf
https://heliogaia.de/9254_Gebaeudereport_dena_kompakt_2018.pdf ; S.18



Mittel






Geplante Verluste durch Fernwärmenetz (ergibt Aufschlag auf Wärmebedarf) vgl.D129 10 %
geschätzt, kann anschließend an die Berechnung mittels dieser Tabelle hier angepasst werden











Kollektorfeld Leitungs- und Verschattungsverluste 11 %
(7+4)%











Geplante Verluste Jahreswärmespeicher (ergibt Aufschlag auf Wärmebedarf) vgl.F104 8 %

mittlerer Druckabfall in einem Fernheizzweig (viermal reduziert)


möglicher Anteil an direkter Beheizung, am Speicher vorbei 37,1 %
errechnet mit datei: zylindermodell007.ods Abschnittnummer endet bei Meter Gebäudeanzahl bis Abschnittende Mittlere Leistung zu Beginn des Abschnittes in kW Leitungsdurchmesser in m Druckabfall pro m bei 1m/s in bar Druckabfall am Abschnitt Doppelleitung in bar




Auslegungsleistung (Maximal nötige Heizleistung) Endenergie für Heizen und Warmwasser (Wohn-&Nichtwohngebäude), abzüglich Energie für Warmwasser von Mai bis September, /180Heiztage/24Stunden*2 (Verdopplung bei Extremkälte) 2,13 kW/Kopf
errechnet aus Werten dieser Tabelle 1 1.633 37 925 0,090 0,0011 4 Formelparameter für Druckabfall



Nebenkosten der gesamten Anlage 20 %
https://www-docs.b-tu.de/fg-bauoekonomie/public/Forschung/Publikationen/Kalusche-Wolfdietrich/2016/orientierungswerte.pdf; S.5 2 3.266 74 693 0,078 0,0013 4 a 1,2104


Bevölkerung, Deutschland 82,79 Millionen
https://de.wikipedia.org/wiki/Deutschland 3 4.899 111 462 0,064 0,0017 5 b 0,0594


Zahl der Wohngebäude, Deutschland 18,80 Millionen
https://heliogaia.de/9254_Gebaeudereport_dena_kompakt_2018.pdf ; S.17 4 6.532 148 231 0,045 0,0025 8 siehe Tabellen Druckverlust



Zahl der Nichtwohngebäude (NWG), Deutschland 2,70 Millionen
https://heliogaia.de/9254_Gebaeudereport_dena_kompakt_2018.pdf ; S.17




22 in 4 Stufen



durchschnittliche Wohnfläche je Wohnung, Deutschland 91,70
https://www.umweltbundesamt.de/daten/private-haushalte-konsum/wohnen/wohnflaeche#textpart-1











durchschnittliche Wohnfläche pro Kopf, Deutschland 46,50 m²/Kopf
https://www.destatis.de/DE/Themen/Gesellschaft-Umwelt/Wohnen/_inhalt.html;jsessionid=B06932BB79EC6A4F1C300E19A2E9934B.internet731; link defekt---→ 2021: 47,4; https://www.destatis.de/DE/Presse/Pressemitteilungen/2021/07/PD21_326_31231.html










Personen pro Gebäude, Bundesdurchschnitt 3,85 Personen
errechnet aus Werten dieser Tabelle











Personen pro Wohnung, Bundesdurchschnitt 1,97 Personen
errechnet aus Werten dieser Tabelle










Kollektorfeld Globalstrahlung Würzburg,langjähriges Mittel,Standort für Kollektorvergleich,Keymark 1141 kWh/m² https://www.dwd.de/DE/leistungen/solarenergie/strahlungskarten_mvs.html?nn=16102










Globalstrahlung Cottbus, langjähriges Mittel, 1991 – 2020 1110 kWh/m² https://www.dwd.de/DE/leistungen/solarenergie/strahlungskarten_mvs.html?nn=16102











Maximal mögliche tägliche Globalstrahlung 7,5 kWh/d/m² https://www.dwd.de/DE/leistungen/solarenergie/strahlungskarten_sum.html?nn=16102 Forst, Juni 2019










Jahresertrag der Röhrenkollektoren, Würzburg bei T=75°C: Ritter CPC XL 1921 529 kWh/a/m²
http://www.solarkeymark.nl/DBF/PDF_Downloads/DS_47.pdf; S.2; Annual output per m2 gross area











Jahresertrag Flachkollektoren, Würzburg bei T=50°C: SUNEX S.A. AMP 2. 370 kWh/a/m²
http://www.solarkeymark.nl/DBF/PDF_Downloads/DS_1575.pdf; S.2; Gross Thermal Yield per m² gross area; diese Zahl hat sich nach dem Stichtag leicht geändert auf 385 kWh/m²/a











Bruttopreis der eingesetzten Röhrenkollektoren: Ritter CPC XL 1921 360 €/m² 25 [39]; zum Stichtag fanden wir 360 €/m², nach dieser Quelle sind es nur 330 €/m², Kollektorpreise schlagen stark auf die gesamte Rechnung durch. https://www.swissolar.ch/fileadmin/user_upload/Markterhebung/Marktumfrage_2017.pdf; S.8 zur Lebensdauer









Bruttopreis der eingesetzten Flachkollektoren: SUNEX S.A. AMP 2.0 124 €/m² 25 [1] ; zum Stichtag fanden wir 124 €/m², nach dieser Quelle sind es nun 130 €/m², Kollektorpreise schlagen stark auf die gesamte Rechnung durch. https://www.swissolar.ch/fileadmin/user_upload/Markterhebung/Marktumfrage_2017.pdf; S.8 zur Lebensdauer










Anteil an Röhrenkollektoren 30 %
gesetzt Reihenschaltung Flach-Röhrenkollektor, also mindestens 50% Röhrenkollektoren










Effizienz des Kollektorfeldes im Praxisbetrieb 85 %
gesetzt











Brutto/netto-Faktor, externes Kollektorfeld (Verschattung vermeiden, Wege, Ränder) 2,75













Brutto-Kosten für Montage und Installationsmaterial Kollektorfeld 188 €/m² 40 https://www.solaranlagen-portal.de/thermische-solaranlage/solarkollektor-preis.html; Punkt 1.2: 3000€/16m²










Mengenrabatt Kollektoren und Installation 20 %
Minderung











Bodenrichtwert Kollektorfeld 10 €/m²
https://www.bodenrichtwerte-boris.de/borisde/?lang=de

























Speicher Wärmespeicherzahl s für Erdboden (s=c*ρ) 2200 kJ/K/m³












Wärmeleitwert Speicherumgebung 2,7 W/m/K













Wärmeleitwert, trockener sandiger Füllboden 0,4 W/m/K













Grundwassergeschwindigkeit an Grundwasseroberfläche 0,05 m/d













Grundwassergeschwindigkeit in Speicherbodentiefe 0,005 m/d













strömungsaktives Porenvolumen bzgl. Speichervolumen 15 %













hydraulische Leitfähigkeit kf Speicher&Umgebung 0,0001 m/s
diese Geschwindigkeit stellt sich ein bei 45°Grundwassergefälle











mehrjährig gemittelte Niederschlagsmenge 0,563 m/a
https://de.wikipedia.org/wiki/Cottbus#cite_note-Metadaten_Einwohnerzahl_DE-BB-1











mehrjährig gemittelte Lufttemperatur 9,2 °C













Bodentemperatur in 50m Tiefe 12 °C













Speichertemperatur Arbeitsspanne 40 K













Speichertemperatur Mittel 60 °C













Überlappung der Speicherabdeckung über den Rand 10 m













Höhe der trockenen Füllbodenabdeckung 2 m












Anzahl der Bohrungen ins Grundwasser (siehe Bemerkung) 245 Stück
am Speicherrand diese Anzahl bis zum Speicherboden (kalte Bohrungen) und nochmals diese Anzahl, nun zentral konzentriert auf nur 20% der Tiefe (heiße Bohrungen); ergibt Faktor 1,2










Länge aller Bohrungen 41.178 m












Förderleistung eines Brunnens 30 m³/h
gesetzt, vgl.:https://www.straelen.de/rathaus-politik/dienstleistungen/wasserversorgung/wasserversorgung/#accordion-1-3 „1979 Bau eines Tiefenbrunnens...konnte die Förderkapazität um 150 m³/h ... erhöht werden.“










Kosten für Aushub+Erdbewegung 5,7 €/m³
http://baupreise24.de/baupreise/erdarbeiten











Kosten für Abdeckung mit 2 Folien pro m² 16 €/m² 50 1,5mm doppelt











Kosten für Dichtwand pro m² 80 €/m² 50 H.O.Buja,Ingenieurhandbuch Bergbautechnik,Beuth Verlag GmbH 2013, S. 679 https://books.google.de/books?id=hRmYJX_u7ykC&printsec=frontcover&hl=de#v=onepage&q&f=false










Kosten für Bohrungen pro m 300 €/m 50 vgl. https://www.my-hammer.de/garten-aussenbereich/preisradar/was-kostet-brunnen-bohren#1-brunnen-bohren-kosten-im-%C3%BCberblick; …150€/m 30...70 €/m; https://www.kesselheld.de/tiefenbohrung/










Mengenrabatt Bohren 40 %
Minderung











Kosten für Pufferspeicher pro m³ 100 €/m³ 50 Pro_Keller_Broschuere_Kostenvergleich.pdf









Kosten Technikgebäude am Speicherrand 300.000 50 Schätzung



























Verteilung 2 m/s
maximale Leistung











Hauptverteilerleitung Dämmstärke 10 cm
https://www.ikz.de/uploads/media/50-55_Daemmstandards.pdf S.3, bzw. 52










Unterverteilerleitung Dämmstärke 7 cm
https://www.ikz.de/uploads/media/50-55_Daemmstandards.pdf S.3, bzw. 52










Wärmeleitwert der Dämmung 0,035 W/m/K https://www.ikz.de/uploads/media/50-55_Daemmstandards.pdf











Seitenlänge des (im Modell) quadratischen Plangebietes=Zweiglänge einer Unterverteilung 6.532 m












Länge der Hauptverteilungstrassen 25 km
gesetzt











Kosten Hauptverteilung Kanal mit Rohren 500 €/m 25 https://enerko.de/wp-content/uploads/2020/01/191212-Kurzbericht-FW-Schiene-Rheinland.pdf S.9 u.a. 500...1000€/m










Kosten Unterverteilung Kanal mit Rohren 222 €/m 25 https://www.borderstep.de/wp-content/uploads/2014/07/Clausen-Kosten_-laendliche_-Waermenetze-2012.pdf S.5f; von 2008 inflationsbereinigt 175*1,02^12










Kosten Hausanschluss 3.171 25 https://www.borderstep.de/wp-content/uploads/2014/07/Clausen-Kosten_-laendliche_-Waermenetze-2012.pdf S.5f; von 2008 inflationsbereinigt 2500*1,02^12









erforderliche Zusatzleistung Blockheizkraftwerk (BHKW) thermisch 224 MW thermisch













Wirkungsgrad BHKW 39 %













BHKW elektrische Leistung 143 MW elektrisch












Kosten für BHKW zur Temperaturanhebung in der dritten Leitung 84 Millionen € 20












Investitionskosten für Heizkraftwerk 585 €/kW 30 https://www.ier.uni-stuttgart.de/publikationen/arbeitsberichte/downloads/Arbeitsbericht_04.pdf; S. 3; inflationsbereinigt 0,48*1,02^10=0,585 vgl. auch https://enerko.de/wp-content/uploads/2015/06/Endbericht_GKK_Kiel.pdf; S.96










Leistung Wärmetauscher am Saisonspeicher 213.528 kW












Kosten Wärmetauscher(Doppelnutzg.Speicher-Fernwärme,Kollektoren-Speicher) 1 €/kW 1 ebay, Datei: wärmetauscher_preise.ods










Wirkungsgrad Umwälzpumpen 75 %
https://www.ksb.com/de-global/kreiselpumpenlexikon/artikel/pumpenwirkungsgrad-1074676











Kosten der Umwälzpumpen 216 €/kW 20 http://seitzpumpen.homepage.t-online.de/PDF-Dateien/Preisliste/NM.pdf Datei: preisfunktion_pumpen.ods








Berechnungen
















Kollektorfeld Kollektorfläche brutto, optimal orientiert, ohne Aufstellungsumgebung 2.032.766
vorhanden sind ca.1.577.500 m² verwertbare Dachfl. nach: S. 215 in [5]











Kollektorfeldfläche (brutto+ Aufstellungsumgebung) 5.590.107
https://heliogaia.de/t/quellen.html










Seitenlänge für quadratisches Kollektorfeld 2.364 m













Kollektorfeldfläche (brutto+Aufstellungsumgebung)/pro Kopf 56 m²/Kopf




























Speicher,BHKW kompletter Jahreswärmebedarf (Wohn+Nichtwohn,Heizg.+WW), saniert,+Verlustausgleich 702.114.860 kWh/a
vgl. 750.000.000kWh/a nach: S. 215 in [5]











davon müssen gespeichert werden 441.630.247 kWh/a













kompletter Jahreswärmebedarf bis 80 Grad (Haushalte,Gewerbe,Industrie)+Verlustausgleich, 2017 1.184.922.643 kWh/a
proportionaler Anteil aus BRD-Durchschnitt 2017











Auslegungsleistung BHKW 224 MW thermisch













SpeicherVolumen 18.066.692











wenn nötig
minimale Gesamtoberfläche; Tiefe = Durchmesser 284 m Abgleich nach Gegebenheit









abgleichen
Möglichkeit zur Eingabe einer anderen SpeicherTiefe 140 m Voreingestellt ist das Optimum











als SpeicherDurchmesser ergibt sich 405 m











x
SpeicherDeckfläche 0,13 km²













Verluste nach oben 12.646.808 kWh/a
für hohe Genauigkeitsansprüche bei jeder Parameteränderung extern mit zylindermodell007.ods neu berechnen











Verluste durch Wärmeleitung im Boden 18.111.600 kWh/a
für hohe Genauigkeitsansprüche bei jeder Parameteränderung extern mit zylindermodell007.ods neu berechnen











Verluste durch Niederschlag in der Umgebung 135.305 kWh/a für hohe Genauigkeitsansprüche bei jeder Parameteränderung extern mit zylindermodell007.ods neu berechnen











Verluste durch regionalen Grundwasserfluss in der Speicherumgebung 144.103 kWh/a
für hohe Genauigkeitsansprüche bei jeder Parameteränderung extern mit zylindermodell007.ods neu berechnen











Verluste durch Grundwasserkonvektion in der Speicherumgebung 2.161.693 kWh/a
für hohe Genauigkeitsansprüche bei jeder Parameteränderung extern mit zylindermodell007.ods neu berechnen











Gesamtverlust Saisonspeicher 33.199.508 kWh/a, entspricht 7,5 %










Größe der Pufferspeicher je 60.623


























Verteilung Anzahl der Gebäude im Plangebiet dieser Tabelle 22.000 Gebäude
[5] 26.025 einsetzen, falls unbekannt









Bewohner je Gebäude 4,56














Mittlere Grundstücksgröße zu einem Gebäude 1.940












Seitenlänge des mittleren Grundstückes zu einem Gebäude 44 m













Anzahl der Grundstücke an einem Verteilerzweig 148 Grundst./Zw.













Zweiganzahl 148 Zweige













mittlere Leistung je Gebäude (saniert) 6,23 kW













Auslegungsleistung je Gebäude (saniert) 10,78 kW












Auslegungsleistung je Zweig 1.600 kW
bei (60-30)K Temperaturgefälle und 2m/s










Gesamtlänge aller Unterverteilungsstränge (mit jeweils drei Leitungen) 969 km













Druckverlust auf Doppelleitung eines Zweiges bei Auslegungsleistung 76,9 bar
mehrstufig pumpen, Pumpleistung in Wärmekreis einkoppeln










Auslegungs-Pumpenleistung für einen Zweig Doppelleitung 130,2 kW












Auslegungs-Pumpenleistung für gesamte Unterverteilung 19.307 kW













Durchschnitts-Pumpenleistung für einen Zweig Doppelleitung 18,3 kW













Durchschnitts-Pumpenleistung für gesamte Unterverteilung 2.709 kW












Jahresverbrauch aller Verteilerpumpen im Fernheizsystem 11.700.825 kWh/a













Jahresverbrauch aller Verteilerpumpen bezüglich gelieferter Heizenergie 1,7 %












Jahresverbrauch der Pumpen für Fernheizverteilung und Kollektorfeld 17.551.237 kWh/a Schätzung











Jahresverbrauch der Pumpen für Verteilung u.Kollektoren bezüglich gelieferter Heizenergie 2,5 %













Jahresverbrauch der Pumpen für Verteilung u.Kollektoren bezogen auf eine Person 175 kWh/a











Endrechnung
















Verluste Wärmeverlust der erdverlegten Doppelleitung auf einem Zweig zur Heizperiode(180d) 369.808 kWh/a













Jahreswärmeverlust der ganzen Unterverteilung zur Heizperiode(180d) 54.851.412 kWh/a











rel. Wärmeverlust der Unterverteilung in der Heizperiode, bezogen auf bereitgestellte Wärme 7,8 %













Gesamtverluste durch Einspeicherung und Verteilung absolut 88.050.921 kWh/a













Gesamtverluste durch Einspeicherung und Verteilung relativ 12,5 %





























Tarife Gastarif 0,050 €/kWh













Stromtarif, Bezug 0,220 €/kWh













Stromtarif, Einspeisung 0,050 €/kWh













Wartung Heizung 160 €/a/Haushalt
https://www.heizspiegel.de/heizkosten-senken/heizungswartung/



























Investitionen Speicher, Abdeckung 3.893.442











Speicher, Bohrungen 7.411.954












Speicher, Schlitzwand 14.262.585












Speicher, zwei Pufferspeicher 12.124.609












Technikgebäude am Speicherrand, geschätzt 300.000











Speicher, gesamt 37.992.590 50











Umwälzpumpen 4.170.243 20











Kollektorfeld 316.786.284 25












Aufstellung Kollektorfeld 305.728.036 40












Bodenpreis für Kollektorfeld 55.901.070 100












Hauptverteilung 12.500.000 25











Unterverteilung und Hausanschlüsse 284.859.601 25











BHKW (ohne Energiekosten) 83.600.938 20












Investition für die gesamte Anlage mit Nebenkosten 1.376.923.834





























laufende Kosten E-Antrieb der Pumpen, Stromkosten 3.861.272 €/a












Energiekosten BHKW 39.574.408 €/a












Ertrag BHKW, Elektroenergie -15.434.019 €/a Ertrag in der Heizperiode









Wärmetauscher 213.528 €/a












Betrieb, Wartung 8.131.182 €/a





























Kosten/a/Kopf Saisonspeicher, gesamt 8 €/a/Kopf
1,37%











Umwälzpumpen 2 €/a/Kopf
0,38%











Kollektoren 126 €/a/Kopf
22,86%











Aufstellung Kollektorfeld 76 €/a/Kopf
13,79%











Bodenpreis für Kollektorfeld 6 €/a/Kopf
1,01%











Hauptverteilung, angenommen 25km 5 €/a/Kopf
0,90%











Fernwärme- Unterverteilung und Hausanschlüsse 114 €/a/Kopf
20,56%











BHKW (ohne Energiekosten) 42 €/a/Kopf
7,54%











Investition für die gesamte Anlage 378 €/a/Kopf brutto, die Reduktion der Mehrwertsteuer könnte die Kosten verringern











Investition für die gesamte Anlage mit Nebenkosten 473 €/a/Kopf
brutto, die Reduktion der Mehrwertsteuer könnte die Kosten verringern

























E-Antrieb der Pumpen, Stromkosten 39 €/a/Kopf












Energiekosten BHKW 395 €/a/Kopf













Ertrag BHKW, Elektroenergie -154 €/a/Kopf
Ertrag in der Heizperiode











Wärmetauscher 2 €/a/Kopf












Betrieb, Wartung 81 €/a/Kopf













laufende Kosten 363 €/a/Kopf




























Ergebnis:
Gesamtkosten bei Realisierung 2020 mit BHKW 836 €/a/Kopf
bei Fremdenergieeinsatz von noch 46,9 %









Gesamtkosten, nach Sanierung aller Gebäude auf 80kWh/a/m² 553 €/a/Kopf
bei Fremdenergieeinsatz von nur noch 3,3 %









Jährlich werden in Deutschland im Schnitt für Gebäudeenergie ausgegeben: 65.000.000.000 €/a; 785€/a/Kopf


https://heliogaia.de/9254_Gebaeudereport_dena_kompakt_2018.pdf; S.7










Tabelle 2: s



Rechtecke mit Gebäuden


Nr Pixel Pixel m m
Süd 1 331 275 3.805 3.161 12.026.027
Klein Gaglow 2 39 103 448 1.184 530.717
Kahren 3 63 71 724 816 590.963
Zentrum 4 529 330 6.080 3.793 23.063.813
Nord 5 256 109 2.943 1.253 3.686.616
Sielow 6 59 159 678 1.828 1.239.398
Skadow 7 38 62 437 713 311.270
Döbbrick 8 54 94 621 1.080 670.630
Wilmersdorf 9 41 102 471 1.172 552.517
Summe/Durchschnitt

1.734 42.671.951 2177,45905384723





6532,37716154169
1km 87pixel