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Netzgenerationen (1G–5G)

Fernwärme- und Fernkältenetze (DHC) werden anhand ihrer Betriebstemperaturen in Generationen eingeteilt. Die Generation bestimmt, welche Arten von Wärmequellen möglich sind, wie viel Wärme die Leitungen beim Transport verlieren und welche Ausrüstung die Gebäude an ihren Übergabestationen benötigen. TESSA unterstützt die Planung und Simulation von Netzen jeder Generation, einschliesslich 5G-Anergienetzen.

Die fünf Generationen im Überblick

flowchart LR G1["1G<br/>Dampf<br/>≥ 200 °C"] G2["2G<br/>Druck-<br/>heisswasser<br/>90–120 °C"] G3["3G<br/>Heisswasser<br/>70–90 °C"] G4["4G<br/>Niedertemp.<br/>30–70 °C"] G5["5G<br/>Umgebung /<br/>Anergie<br/>5–25 °C"] G1 --> G2 --> G3 --> G4 --> G5 classDef gen fill:#fff3e0,stroke:#ED6000,stroke-width:1.5px,color:#bf360c class G1,G2,G3,G4,G5 gen
Generation Typische Vorlauftemp. Anmerkungen
1G ≥ 200 °C Dampf; heute veraltet; extrem hohe Wärmeverluste
2G 90–120 °C Druckwasser; verbreitet in älteren Stadtnetzen
3G 70–90 °C Heisswasser; heute gebräuchlichste Fernwärmegeneration
4G 30–70 °C Niedertemperatur; geeignet für Niedrigenergiegebäude und Wärmepumpen
5G 5–25 °C Umgebungsnetz; Gebäude entnehmen/injizieren Wärme über Wärmepumpen

1G bis 4G: zentrale Wärmeverteilung

In Netzen der ersten bis vierten Generation wird die Wärme zentral erzeugt und zu den Gebäuden transportiert. Das Medium ist wärmer als die Gebäude es benötigen, sodass an jeder Übergabestation Wärme aus dem Netz abfliesst. Der zentrale Zielkonflikt ist Vorlauftemperatur gegenüber Wärmeverlust:

  • Höhere Vorlauftemperatur → grössere Temperaturspreizung → kleinere Leitungen für dieselbe Leistung, aber mehr Wärmeverlust an das Erdreich pro Leitungsmeter.
  • Niedrigere Vorlauftemperatur → weniger Leitungsverlust, aber Gebäude müssen eventuell nachgerüstet werden (grössere Heizkörper oder Fussbodenheizung), um mit dem kühleren Vorlauf zu funktionieren, und zentrale Wärmepumpen werden effizienter.

Wenn die Vorlauftemperatur von 3G auf 4G sinkt, werden zentrale Wärmepumpen attraktiver (höherer COP bei geringerem Temperaturhub), Solarthermie und Abwärme lassen sich leichter integrieren, und die Wärmeverluste sinken deutlich.

5G: Umgebungsnetze und Anergienetze

Netze der fünften Generation arbeiten etwa auf Erdreichtemperatur — nahe genug an der Erdreichtemperatur, dass die Wärmeverluste der Leitungen vernachlässigbar sind. Statt Wärme zentral zu transportieren, führt die Leitung ein thermisches Potenzial: Gebäude mit Wärmebedarf entnehmen dem Netz über eine Wärmepumpe Wärme; Gebäude mit Kältebedarf geben Wärme in dasselbe Netz ab.

Dadurch wird Kühlung zu einer kostenlosen thermischen Ressource. Abwärme aus der Kühlung (die andernfalls an die Luft abgegeben würde) wird an Gebäude umverteilt, die Wärme benötigen. In gemischt genutzten Quartieren mit gleichzeitigem Wärme- und Kältebedarf kann 5G den gesamten Primärenergieverbrauch erheblich senken.

Wesentliche planerische Auswirkungen von 5G

  • Jede Gebäude-Übergabestation benötigt eine Wärmepumpe — das Netz ist zu kalt, um den Gebäudebedarf direkt zu decken. Dadurch verlagert sich die Investition von der Energiezentrale zu den Übergabestationen.
  • Frostschutz — das Medium kann bei Spitzenentnahme in kalten Klimazonen unter 0 °C laufen, daher wird oft ein Glykolgemisch verwendet.
  • Thermische Bilanz — wenn das Quartier wärmedominiert ist, kühlt die Entnahme aus dem Netz das Erdreich mit der Zeit ab und der COP der Wärmepumpen sinkt. Regenerationsquellen (Solarthermie, Trockenkühler, Abwärme) helfen, die Erdreichtemperatur aufrechtzuerhalten. Siehe Erdsondenfelder.
  • Wärmeverlustmodell — TESSA setzt den Leitungswärmeverlust für Kältebetrieb und kombinierte Netze auf null, da die Betriebstemperaturen nahe der Umgebungstemperatur liegen.

Auswahl einer Generation in TESSA

Die Netzgeneration ergibt sich implizit aus den Vorlauf- und Rücklauftemperaturen, die Sie in der Konfiguration des Arbeitsmediums des Netzes festlegen, sowie aus dem Typ der Übergabestation, den Sie jedem Gebäudeanschluss zuweisen:

  • Vorlauftemperatur ≥ 60 °C + Wärmetauscher- oder Direkt-Übergabestationen → 3G/4G-Wärmenetz.
  • Vorlauftemperatur 10–20 °C + Booster-Wärmepumpen-Übergabestationen → 5G-Anergienetz.

TESSA verlangt nicht, dass Sie eine Generationsnummer angeben — die Simulation passt sich an die von Ihnen konfigurierten Temperaturen und Übergabestationstypen an.

Wie es weitergeht