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Fernwärme

Definition: Wärme (v. a. für Heizung und Warmwasser), die über ein Leitungssystem zu den Gebäuden gebracht wird

Englisch: long-distance heating

Kategorien: Grundbegriffe, Haustechnik, Wärme und Kälte

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta (G+)

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 01.05.2010; letzte Änderung: 03.11.2018

Manche Gebäude und Industriebetriebe werden nicht über eigene Anlagen mit Wärme für Zwecke wie Heizung und Warmwasser versorgt, sondern beziehen Wärme als Fernwärme von einem entfernten Wärmeerzeuger. Meistens wird die Wärme durch heißes Wasser transportiert, welches über ein unterirdisches Rohrleitungssystem zu den Verbrauchern geleitet wird. Die Wärme wird in einer Übergabestation, die einen Wärmeübertrager enthält, z. B. auf den Heizkreislauf der Zentralheizung im Gebäude übertragen, und das abgekühlte Wasser fließt im Kreislauf wieder zur Wärmequelle zurück. (Früher wurden Fernwärmenetze auch mit Wasserdampf betrieben, was aber höhere Betriebsgefahren mit sich bringt.) In der Übergabestation befindet sich für Abrechnungszwecke ebenfalls ein Wärmemengenzähler (ein Messgerät für die bezogene Wärmemenge).

Da die gelieferte Wärme meist für Heizzwecke verwendet wird, spricht man auch von Fernheizung.

Typischerweise wird das heiße Wasser mit einer Vorlauftemperatur zwischen 80 °C und 130 °C geliefert. (Temperaturen über 100 °C sind ohne Verdampfung möglich, da das Wasser unter entsprechenden Druck steht.) Eine möglichst niedrige Rücklauftemperatur ist in der Regel wünschenswert, um die pro Kubikmeter Wasser übertragene Wärmemenge zu maximieren und die Wärmeverluste zu verringern; dies kann durch die Optimierung der Übergabestationen erreicht werden. Mithilfe von Wärmepumpen kann die Rücklauftemperatur ebenfalls deutlich abgesenkt werden, um die Transportleistung zu erhöhen und die Wärmeverluste in der Rücklaufleitung zu vermindern.

Wenn die Distanzen eher klein sind (z. B. weniger als ein halber Kilometer innerhalb einer Wohnsiedlung), spricht man auch von Nahwärme.

Die Fernwärmeleitungen sind oft unterirdisch verlegte Kunststoff- oder Metallrohre, die über eine Wärmedämmung verfügen. In der Regel wird ein Lecküberwachungssystem integriert. Um Korrosion an diversen Metallteilen zu minimieren, muss das Wasser enthärtet oder sogar entsalzt werden, und der pH-Wert muss ausreichend hoch eingestellt werden.

Es gibt auch Netze für Niedertemperaturwärme, die als Anergienetze bezeichnet werden. Bei diesen wird die für die Verbraucher nötige Temperatur durch dezentrale Wärmepumpen erreicht. Probleme mit Energieverlusten in den Leitungen sind minimal oder abwesend wegen des niedrigen Temperaturniveaus im Leitungsnetz.

Quellen von Fernwärme

Große Fernwärmenetze sind häufig an ein großes Kraftwerk mit Kraft-Wärme-Kopplung (ein Heizkraftwerk) angeschlossen. Es wird also Abwärme von einer Wärmekraftmaschine einer sinnvollen Nutzung zugeführt. Der elektrische Wirkungsgrad der Anlage kann zwar etwas darunter leiden, dass das Temperaturniveau der Abwärme etwas angehoben werden muss (häufig auf deutlich über 100 °C); der Gesamtwirkungsgrad kann jedoch sehr hoch (rund 85–90 %) liegen. (Noch höhere Werte, gar mit Brennwertnutzung, sind angesichts der hohen Temperaturen schwer erreichbar.) Selbst mit Berücksichtigung der Wärmeverluste im Leitungsnetz und des Energieaufwands für die Wasserpumpen ist die Energieeffizienz meist recht hoch.

Auch Müllverbrennungsanlagen können als Wärmequellen für die Fernheizung dienen, und gelegentlich kommt auch Abwärme von industriellen Prozessen (z. B. chemischen Betrieben, Raffinerien oder Stahlwerken) oder Energie aus Geothermie zum Einsatz.

Leider ist es an vielen Orten schwierig, in begrenzter Entfernung von einem großen Kraftwerk ausreichend Abnehmer für die Wärme zu finden. Deswegen scheitert die Realisierung von manchen Fernwärmenetzen an zu hohen Kosten für das Leitungsnetz, und häufig kann auch ein Teil der Abwärme (vor allem im Sommer) nicht genutzt werden. Der Betrieb der Wärmeerzeuger erfolgt nämlich oft stromgeführt, also nicht am Wärmebedarf orientiert.

Auch große Solarthermieanlagen können zur Teilversorgung von Fernwärmenetzen eingesetzt werden, um wenigstens einen gewissen Teil der Wärme als erneuerbare Energie zu gewinnen. Wegen der Größe solcher Anlagen kann die Wirtschaftlichkeit deutlich besser sein als beispielsweise bei solarer Warmwasserbereitung bei kleinen Gebäuden. Ein Problem ist allerdings oft das hohe Temperaturniveau solcher Netze, für welches die kostengünstigen Flachkollektoren kaum geeignet sind. Man braucht also die teureren Röhrenkollektoren und/oder muss das Netz mit einer niedrigeren Vorlauftemperatur betreiben. Das gleiche Temperaturproblem tritt übrigens beim Einsatz von Großwärmepumpen auf.

Manche kleineren Fernwärmenetze werden im Sommer nicht betrieben, weil dann der Wärmebedarf gering ist und die Wärmeverluste im Leitungsnetz relativ gesehen zu hoch wären. Die Verbraucher müssen dann ihren Warmwasserbedarf anders decken. Häufig kommt hierfür dann ein Elektroboiler zum Einsatz, der die Energieeffizienz des Gesamtsystems wieder wesentlich herabsetzt. Diese Problematik kann durch den Einsatz von Solarthermie vermieden werden: Ein hoher Deckungsanteil von Solarthermie im Sommer relativiert die Problematik der Wärmeverluste. Den Mehrkosten für die Solarthermie stehen Einsparungen bei Installation und Wartung dezentraler Wassererwärmer gegenüber.

Vorteile von Fernwärme

Fernwärmesysteme weisen typischerweise mehrere gewichtige Vorteile auf:

  • Wenn Kraft-Wärme-Kopplung genutzt wird, ist die Energieeffizienz in der Regel sehr hoch, was zu einem entsprechend geringen Primärenergieeinsatz und zu reduzierter Umweltbelastung führt.
  • Die Umweltbelastung wird auch dadurch reduziert, dass aufwendige Abgasreinigungsanlagen (z. B. zur Reduktion von Stickoxid- und Partikelemissionen) bei größeren Anlagen weitaus besser und kostengünstiger realisierbar sind als mit vielen dezentralen Heizungsanlagen. (Dies gilt besonders für Holzfeuerungen.) Eine geringere Klimabelastung ergibt sich häufig aus reduzierten Kohlendioxid-Emissionen.
  • Soweit trotzdem noch Abgase entstehen, werden diese häufig außerhalb der Siedlungen entlassen, was die direkten Gesundheitsbelastungen für die Anwohner reduziert.
  • Eine zentrale Anlage lässt sich weitaus einfacher und kostengünstiger auf eine andere Art von Wärmequelle umrüsten, als es für viele dezentrale Anlagen der Fall wäre. Beispielsweise kann eine Ölfeuerung auf eine Holzfeuerung umgestellt werden, so dass erneuerbare Energie genutzt wird. Ebenfalls erlauben es bestehende Wärmenetze, neue Quellen von Abwärme oder Energie von Sonnenkollektoren unmittelbar zu nutzen.
  • Für die Abnehmer entsteht nur ein sehr geringer Aufwand für den Betrieb und die Wartung, da im Haus kaum mehr Technik benötigt wird.

Wirtschaftlichkeit

Für die Wirtschaftlichkeit eines Fernwärmenetzes spielen viele Aspekte eine Rolle:

  • Die Wärmeerzeugung ist meist sehr kostengünstig. Allerdings ist zu beachten, dass die Wärmeauskopplung aus Wärmekraftwerken mit Dampfturbinen in der Regel eine gewisse Reduktion des elektrischen Wirkungsgrads verursacht, also auch einen Mehrverbrauch an Brennstoffen.
  • Wenn die Wärme über große Entfernungen transportiert werden muss, steigen naturgemäß sowohl die Investitionskosten als auch die Betriebskosten und die Wärmeverluste an.
  • Wichtig ist außerdem, dass möglichst ganzjährig ein wesentlicher Teil der Kapazität genutzt werden kann. Der Einsatz allein für Heizzwecke ist also nicht optimal. Eine Lösung hierfür kann die Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung sein.
  • Ferner ist es essenziell, dass die meisten anliegenden Gebäude angeschlossen werden. Ein Anschlusszwang wird oft festgelegt, um dies zu gewährleisten.
  • Die Wartungskosten bei den Abnehmern sind sehr gering – in der Regel deutlich niedriger als beim Betrieb eigener Wärmeerzeuger. Andererseits müssen über die Betriebskosten die Wärmequelle und das Verteilungssystem amortisiert werden.
  • Die Investitionskosten werden meist zum größeren Teil vom Betreiber des Fernwärmenetzes getragen und über die Wärmekosten wieder amortisiert. Für die Abnehmer ist dies günstig, da sie z. B. nach einem Hausbau schwer zusätzliches Kapital aufbringen könnten. Im Neubaubereich können auch Kosten z. B. für einen Schornstein eingespart werden.

Die Wärmeabnehmer erhalten in der Regel langjährige Verträge, die den Wärmepreis festlegen, oft auch mit vorgesehenen Anpassungen entsprechend der Entwicklung anderer Energiepreise.

Siehe auch: Anergienetz, Heizungsanlage, Zentralheizung, Warmwasser, Kraft-Wärme-Kopplung, Blockheizkraftwerk, Nahwärme, Wärmemengenzähler
sowie andere Artikel in den Kategorien Grundbegriffe, Haustechnik, Wärme und Kälte

Kommentare von Lesern

17.03.2018

“Gesamtwirkungsgrad kann jedoch sehr hoch (rund 85–90 ?%) liegen. (Noch höhere Werte, gar mit Brennwertnutzung, sind angesichts der hohen Temperaturen schwer erreichbar.)”

Sind diese Zahlen vergleichbar mit der auf den Brennwert bezogenen Effizienz von modernen Gasbrennern (>90 %)? Dann wäre Fernwärme ja nicht besonders effizient.

Antwort vom Autor:

Der Gesamtwirkungsgrad eines Kraftwerks mit Kraft-Wärme-Kopplung liegt tatsächlich deutlich niedriger als der eines Brennwertkessels. Das heißt aber keineswegs, dass der Brennstoff vom Kraftwerk schlechter genutzt wird. Im Gegenteil bedeutet es effektiv eine höhere Energieeffizienz, wenn ein wesentlicher Teil der umgesetzten Energie als wertvolle elektrische Energie gewonnen wird. Damit könnte man beispielsweise Elektrowärmepumpen betreiben, und so würde man insgesamt wesentlich mehr Heizwärme gewinnen als mit dem Brennwertkessel.

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