Weg von fossilen Energieträgern: Wohnquartiere mit Wärmepumpen heizen
Wer hätte das noch vor wenigen Monaten gedacht: Der Einsatz von Wärmepumpen, um die Energiewende voranzubringen, ist zu einer „Frage der nationalen Sicherheit“ geworden. Plötzlich spielen politische und wirtschaftliche Prioritäten dem Klimaschutz in die Karten.
Kein Wunder, dass jede Kommune, die heute ein neues Quartier plant, nicht nur auf erneuerbare Energien, sondern vor allem auch auf die Wärmepumpe als Heizsystem setzt. Denn, so Wolfgang Herold, Vertriebsleiter beim Hersteller Alpha innotec:
„Um unsere Wärmeversorgung schnell umzustellen, müssen wir in drei Bereichen parallel vorgehen: in der Sanierung, beim Neubau von kleineren Wohneinheiten und in der Stadtentwicklung, also bei der Planung neuer Quartiere und der dazugehörigen Netze für Nahwärme.“
Nahwärme in Quartieren ausbauen
Wobei der letztgenannte Bereich den größten Hebel darstellt. Denn eine klimafreundliche Stadtentwicklung sorgt dafür, dass die Nutzung von erneuerbaren Energien ausgebaut wird und damit die CO2-Emissionen deutlich zurückgehen. Der Effekt bei einem ganzen Quartier ist logischerweise ungleich größer als bei einem Einfamilienhaus oder einer Handvoll Gebäude. Und weil der netzstabilisierende Effekt, die sogenannte Netzdienlichkeit, ähnlich groß ist. Das ist ein wesentliches Element, um die Stromnetze der Zukunft funktionsfähig zu halten.
Die Arbeit des Energiekonzepte-Teams bei Alpha innotec füllt eine große Informationslücke, wie Steven Koch erklärt: „Immer mehr Kommunen wollen energieeffiziente Quartierslösungen, haben aber selbst oft nicht das Knowhow dafür.“ Dieses Knowhow habe man gezielt aufgebaut und ein Netzwerk von kompetenten Partnern wie Ingenieurbüros, Hochschulen oder Monitoring- und Steuerungs-Spezialisten wie Consolinno geschaffen.
„Damit können wir Kommunen und Planern alles zur Verfügung stellen, was sie für die Wärmeversorgung eines neuen Quartiers brauchen. Von der Machbarkeitsstudie und Projektierung über die Erschließung der Wärmequellen, den Bau des Versorgungsnetzes und die Installation der Wärmepumpen bis hin zum Monitoring.“
Kommunale Wärmeplanung bald verbindlich
Dieses Wissen ist auch deshalb zunehmend gefragt, weil eine professionelle kommunale Wärmeplanung in absehbarer Zeit bundesweit verpflichtend werden soll. So hat es der Koalitionsausschuss in seiner Sitzung am 23. März 2022 beschlossen. In Baden-Württemberg und Schleswig-Holstein ist eine solche Planung bereits vorgeschrieben.
Alpha innotec arbeitet seit mehr als 15 Jahren mit dem niederländischen Unternehmen Nathan zusammen, erzählt Wolfgang Herold. Die Niederländer haben schon sehr früh mit der Entwicklung von Quartierskonzepten mit dem Schwerpunkt erneuerbare Energien begonnen. „Auf Basis dieser Erfahrungen haben wir zum Beispiel Sole-Wasser-Wärmepumpen mit besonders kleinen Leistungsgrößen entwickelt. Oder Maschinen, in die speziell für den Einsatz in Quartieren serienmäßig passive Kühlkits integriert sind.“
Die Kühlfunktion von Wärmepumpen gewinne rasch an Bedeutung, erklärt Andreas Wimmer, Mitarbeiter im Team „Energiekonzepte“ bei alpha innotec. Schließlich spüren wir den Klimawandel nicht zuletzt an den immer heißer werdenden Sommern. Bei der sogenannten passiven Kühlung wird an heißen Tagen durch die Wärmepumpe einfach Wärme aus dem Gebäude ins Erdreich geleitet. „Dieser Kühleffekt ist sehr energieeffizient, fast kostenlos, und erhöht den Wohnkomfort um ein Vielfaches.“
Im Protokoll des Koalitionsausschusses heißt es unter anderem, man wolle „dafür sorgen, dass Abwärme schnell und unkompliziert in die Fernwärme integriert werden kann.“ So lassen sich in Zukunft gegebenenfalls Abwasserkanäle oder Rechenzentren, Industriebetriebe oder Bergwerke als Wärmequellen anzapfen. Damit wird wertvolle Energie recycelt, die bis dato weitgehend ungenutzt verpufft.
Verteilverluste verringern
Ähnlich wichtig ist das Verringern der Verteilverluste. Ideal dafür sind sogenannte kalte Nahwärmenetze. Sie beliefern die angeschlossenen Wärmepumpen je nach Auslegung und Wärmequelle Primärenergie mit 6° bis 12° Celsius. Bei einem warmen Nahwärmenetz – es verteilt die Wärme erst nach der Wärmepumpe – liegt das Temperaturniveau meist zwischen 35° und 40° Celsius. Klar, dass dabei die Verteilverluste an Energie deutlich höher sind.
Dezentrale Wärmepumpen, gekoppelt mit einem kalten Nahwärmenetz, sind deshalb bei den Planern von Quartiersprojekten immer beliebter. Allerdings nicht nur wegen der geringen Verteilverluste, sondern auch, weil dabei jeder Wohnungseigner oder -mieter sein Brauchwarmwasser mit der eigenen Wärmepumpe im Gebäude selbst aufbereitet. So lassen sich die strengen Vorgaben der Trinkwasserverordnung umgehen, die für eine zentrale Trinkwasserversorgung bei einer Großanlage ab drei Wohneinheiten vorgeschriebenen ist.
Darüber hinaus braucht der Quartiersbetreiber bei einer solchen dezentralen Lösung keine Heizkosten abzurechnen. Sie laufen einfach über den wohnungseigenen Stromzähler – für Heizung und Warmwasser.
Dennoch setzt mancher Quartiersbetreiber trotz dieser Vorteile einer dezentralen Wärmeversorgung auf eine zentrale Lösung. Vor allem dann, wenn er nicht nur das Wärmenetz, sondern auch die Wärmepumpen selbst betreibt. Denn der Aufwand für deren Wartung ist deutlich geringer, wenn statt einzelner Wohnungswärmepumpen lediglich eine oder gegebenenfalls ein paar Heizzentralen technisch zu betreuen sind.
In diesem Fall installieren die Investoren oder Quartiersbetreiber leistungsstarke Wärmepumpen der Profi-Serie – entweder in einer Heizzentrale, die das ganze Quartier über ein warmes Nahwärmenetz versorgt, oder in kleineren Heizzentralen in jedem Mehrfamilienhaus.
Wärmepumpe stabilisiert Netze
Ein weiterer positiven Aspekt von Wärmepumpen ist deren Netzdienlichkeit. Da erneuerbare Energien wie Solar- und Windkraft nicht immer im gleichen Maße verfügbar sind, müssen Erzeugungsspitzen oder schwächere Leistungen abgefedert werden, um die Netze stabil zu halten.
Wärmepumpen, vor allem wenn sie in großem Stil eingesetzt werden, können diesen Effekt erzielen. Sie erzeugen Wärme einfach dann, wenn viel Strom in den Netzen verfügbar ist und relativ wenige Verbraucher darauf zugreifen. Diese Wärme wird in thermische Speicher eingespeist und kann bei Bedarf abgerufen werden.
Für die Kommunikation mit dem Stromnetz sind moderne Wärmepumpen in aller Regel smart grid-fähig. Bei hoher Netzlast lassen sich Verbraucher über ein intelligentes Netz automatisiert ab- und bei niedriger Last einschalten.
Quartier der Zukunft: Ungenutzte Energie recyceln
Nicht selten profitieren Quartiersbetreiber von Rahmenbedingungen, die das Recyceln von Abwärme erleichtern. Denn sie können mitunter auf Primärenergiequellen zugreifen, die den Initiatoren kleinerer Projekte verschlossen bleiben.
So nutzen die Betreiber des Quartiers Mijnwater im niederländischen Heerlen das Grubenwasser aus einem nahegelegenen Bergwerk als Wärmequelle. Einem derzeit entstehenden Quartier bei Frankfurt am Main kommt seine Nähe zu einem großen Rechenzentrum zugute. Dessen Abwärme soll den dezentralen Wärmepumpen in der Siedlung über ein kaltes Nahwärmenetz zugeführt werden.
Auch in Neustadt am Rübenberge nahe Hannover ist ein kaltes Netz für Nahwärme im Einsatz. Hier nutzen die Betreiber vor allem Erdwärme als Primärenergie. Dafür ließen sie unter einer landwirtschaftlich genutzten Fläche ein Erdkollektorfeld verlegen. Zusätzlich schöpfen sie Wärme aus dem Regenrückhaltebecken der Siedlung ab.
Die Stadt Wiesbaden arbeitet in ihrem neuen Quartier „Wohnen westlich des Schlossparks“ mit Abwärme aus dem nahegelegenen Abwasserkanal. Ein kaltes Netz für Nahwärme versorgt die Wärmepumpen in der Siedlung mit Primärenergie.
Die fünf Mehrfamilienhäuser im Wiesbadener Quartier sind jeweils mit einer Wärmepumpe vom Typ Alpha innotec SWP 561H ausgestattet – Profi-Wärmepumpen mit einer Leistung von jeweils 50 Kilowatt. In den Einfamilien- beziehungsweise Reihenhäuser des Quartiers arbeitet jeweils eine Wärmepumpe vom Typ Alpha innotec WZSV mit 9 Kilowatt Leistung.
Übrigens: Alle genannten Projekte sind mit Unterstützung der Experten von alpha innotec entstanden und produzieren klimafreundliche Heizenergie.
Herbert Grab ist Journalist und freier Autor.
