in der 71. Ausgabe unseres heatbeat Research Newsletters stellen wir Ihnen zwei aktuelle Arbeiten vor, die sich an derselben Größe abarbeiten: der Temperaturspreizung. Die erste ist eine Open-Access-Simulationsstudie aus Energy Reports und zeigt, wie viel Rücklauftemperatur sich allein durch Umbauten im Technikraum eines Mehrfamilienhauses gewinnen lässt. Die zweite ist ein Preprint der TU Darmstadt zur globalen Optimierung des Netzbetriebs bei vermaschten Topologien und mehreren Erzeugern, gerechnet an aggregierten Modellen realer Darmstädter Netze.
Die größte Neuerung im August betrifft die Rohrauswahl im Design-Paket. In der Kartenansicht stehen für einzelne Abschnitte und ganze Trassen jetzt beliebige Kombinationen an Rohrtypen zur Verfügung, gegliedert nach Hersteller, Produktserie und Nennweite. Dieselbe Auswahl gilt für die automatisierte Dimensionierung, bei der Sie für jeden Durchlauf festlegen, aus welchen Rohrtypen der Algorithmus die optimalen Nennweiten ermittelt. Über die zentralen Annahmen verwalten Sie zudem Produktserien und Rohrkosten projektweit an einer Stelle. Ergänzend haben wir typische KMR und PMR als herstellerneutrale Datensätze aufbereitet, die die Kosten aus dem KWW-Technikkatalog direkt mitbringen und so eine erste Kostenschätzung ohne eigene Recherche ermöglichen.
Für die Abbildung Ihrer Bestandsnetze haben wir außerdem die Verwaltung der Anschlussleistungen verfeinert. Installierte und vertraglich vereinbarte Anschlussleistung lassen sich nach dem Feedback mehrerer Stadt- und Gemeindewerke jetzt getrennt führen, ergänzt um eine frei einstellbare Berechnungsleistung für Simulationen, die bewusst von der Realität abweichen können, etwa bei Nachverdichtungen oder Leistungsreduktionen nach Gebäudesanierungen. Parallel dazu haben wir die Datengrundlagen für alle Wärmenetze aktualisiert: neue Rohrkosten aus dem KWW-Technikkatalog, aktuelle Abwärmedaten aus der Plattform für Abwärme, eine verbesserte Quelle für deutschlandweite Adressdaten sowie höher aufgelöste Höhenlagen, die sich unmittelbar im überarbeiteten Höhenprofil des Dimensionierungsberichts zeigen.
Neu ist außerdem der freie Wechsel zwischen Hintergrundkarten: Neben OpenStreetMap und dem amtlichen Kartenwerk des BKG stehen jetzt die Luftbilder der einzelnen Bundesländer zur Verfügung, sodass Sie Trassenverläufe und Bebauung direkt im Digital Twin gegen die realen Gegebenheiten vor Ort prüfen können. Dazu kommen kleinere Verbesserungen bei der Eingabe von Verbrauchswerten, der Farbgebung von Einspeisepunkten und den Kategorien für das Anschlussinteresse. Für die Details folgt auch ein eigener Blogbeitrag zum August-Update. Wenn Sie die neuen Funktionen an Ihrem eigenen Netz sehen möchten, sprechen Sie uns gerne an.
Hohe Rücklauftemperaturen erhöhen die Netzverluste, treiben den Pumpstrom und beschneiden die Übertragungskapazität. Vor allem begrenzen sie, was sich einbinden lässt: Großwärmepumpen, Niedertemperatur-Abwärme und Brennwertnutzung hängen unmittelbar an der Senkentemperatur. Die Autoren untersuchen, wie weit sich der Rücklauf ohne jede Beteiligung der Bewohner senken lässt. Grundlage ist ein Mehrfamilienhaus mit 64 Wohnungen und 4.840 m² beheizter Fläche in Österreich, ein Niedrigenergiegebäude mit auf 60/40 °C ausgelegten Heizkörpern, für das ein Jahr Messdaten vorliegt: 74 kWh/m²a Gesamtbedarf, davon 45 kWh/m² Raumheizung und 27 kWh/m² Trinkwarmwasser einschließlich Zirkulationsverlusten. Die gemessene energiegewichtete Rücklauftemperatur lag bei 53,5 °C, 32 % der Energie wurden oberhalb von 55 °C übertragen. Daran wird ein Polysun-Modell kalibriert; der Primärvorlauf ist darin konstant mit 90 °C angesetzt, die Lastprofile bleiben für alle Varianten unverändert.
Bereits die Regelungsoptimierung wirkt: Sensoren umsetzen, Schaltschwellen anpassen und den maximalen Volumenstrom der sekundären Ladepumpe um 39 % begrenzen (11.500 auf 7.000 l/h) senkt die mittlere Rücklauftemperatur im Modell um 5,6 K auf 47,9 °C, ohne bauliche Eingriffe. Werden die beiden Pufferspeicher nach Trinkwarmwasser und Heizung getrennt, sind es 43,2 °C. Den größten Effekt bringt die Kaskade: Statt Heizung und Trinkwarmwasser parallel zu versorgen, durchläuft das Primärwasser zuerst den Trinkwarmwasser-Wärmeübertrager und danach in Reihe den Heizkreis. Das Prinzip ist aus der Stationstechnik bekannt, hier wird es erstmals für ein Bestandsgebäude mit Pufferkonzept quantifiziert: 41,3 °C im Jahresmittel, 12,2 K unter dem Ausgangswert und deutlich mehr als die sonst berichteten 2 bis rund 10 K ohne Wärmepumpe an der Übergabestation. Erkauft wird das mit Komforteinbußen: 190 Stunden im Jahr liegt der Heizungsvorlauf 1 K unter Soll, 26 Stunden 3 K. Die Pufferspeichertrennung liefert mit rund 10 K vier Fünftel des Nutzens, bei 22 beziehungsweise 3 Stunden.
Auf Netzebene rechnen die Autoren das hoch, unter der Annahme, dass alle Anschlüsse so gefahren würden wie dieses Gebäude. Die Spreizung stiege von 36,5 auf 48,7 K, sodass nur noch 75 % des Volumenstroms nötig wären. Wichtig: Der gewonnene Hub lässt sich nur einmal ausgeben. Entweder sinkt der Pumpstrom – die genannten 42 % der bisherigen Pumpenleistung sind die theoretische Affinitätsgrenze, bei realer Differenzdruckregelung ist eher mit 55 bis 65 % zu rechnen –, oder es werden bei gleichem Volumenstrom 33 % mehr Wärme abgesetzt, oder der Vorlauf sinkt mit: Bei gleichbleibender 35-K-Spreizung wären 78 statt 90 °C möglich, was die Wärmeverluste um rund 17 % senkt. Bemerkenswert ist auch die Spitzenleistung der Übergabestation: Sie fällt von 240 auf 140 kW, im Wesentlichen durch die begrenzte Ladepumpe – weniger Anschlussleistung, mehr Kapazität für Verdichtung ohne Netzverstärkung.
Drei Einschränkungen gehören dazu. Im Sommer hilft nichts davon: Wegen der Hygieneanforderung an das Trinkwarmwasser – hier nach österreichischer B1921 mit 55 °C, in Deutschland nach DVGW W 551 eher strenger – bleibt der Rücklauf in allen Varianten bei mindestens 53,9 °C. Das sind zwar nur 10 % des Jahresbedarfs, betrieblich bestimmt aber gerade der Sommer das minimale Vorlaufniveau; die Autoren schlagen dafür eine kleine Luftwärmepumpe zur Deckung der Zirkulationsverluste vor, im untersuchten Gebäude 5 kW. Zweitens ist die Arbeit eine Simulations-Machbarkeitsstudie: kalibriert am Bestand, die optimierten Varianten selbst sind nicht messtechnisch validiert. Drittens braucht die Kaskade einen hohen Primärvorlauf und niedertemperaturfähige Heizflächen; nachgewiesen ist sie für Verhältnisse von Heiz- zu Trinkwarmwasserbedarf zwischen 1,6 und 3,2, für Passivhäuser halten die Autoren sie für ungeeignet. Und alle Maßnahmen liegen hinter der Übergabestation: Die unterstellte Tarifstaffel bringt dem Kunden 1.141 € im Jahr, zu wenig für einen Technikraumumbau. Der Nutzen liegt beim Netz.
Das zweite Paper betrachtet das gesamte Netz. In vermaschten Netzen mit mehreren Erzeugern und Speichern sind die Strömungsrichtungen nicht von vornherein bekannt; mit der Temperaturmischung an den Knoten entsteht ein gemischt-ganzzahliges nichtlineares, nichtkonvexes Problem, das in der Praxis heuristisch gelöst wird. Die Autoren lösen es global, mit ausgewiesener Optimalitätslücke. Der Wert für den Betrieb liegt weniger im Fahrplan als im Maßstab: Erstmals lässt sich beziffern, wie weit die heutige Fahrweise vom Optimum entfernt ist.
Der wirksamste der fünf methodischen Bausteine beruht auf einer schlichten physikalischen Einsicht: In einem Ring des Vor- oder Rücklaufs kann kein Kreisstrom fließen, weil sich die Druckdifferenzen zu null summieren, die Reibungsverluste aber nicht – ganze Kombinationen von Strömungsrichtungen lassen sich so vorab ausschließen. Zusammen mit vier weiteren Bausteinen steigt auf 26 generierten Testnetzen in je vier Lastfällen die Zahl der optimal gelösten Instanzen von 20 auf 50, bei auf gut 40 % gesunkener Rechenzeit.
Aufschlussreicher sind die vier realen Instanzen: aggregierte Modelle zweier Darmstädter Netze von ENTEGA Plus und TU Darmstadt, je in einer heutigen und einer Zukunftsvariante mit mehr dezentralen Erzeugern. Die heutigen Netze mit einem beziehungsweise zwei Erzeugern wurden innerhalb der Ein-Prozent-Grenze gelöst (294 und 2.956 Sekunden). Die Zukunftsvarianten mit sechs und neun Erzeugern blieben nach fünf Stunden selbst in der besten Variante bei Restlücken von 8 % und über 400 % – und zwar obwohl sie gröber aggregiert, also kleiner modelliert sind. Nicht die Netzgröße treibt die Schwierigkeit, sondern die Zahl der Einspeiser. Zum Geltungsbereich: Das Modell ist stationär, kennt also weder Transportzeiten noch die Speicherwirkung des Netzes, die Speicher haben weder Leistungsgrenzen noch Verluste, und der Kundenrücklauf ist pauschal mit 40 °C angesetzt. Genau den Wert, den das erste Paper mühsam erarbeitet, setzt das zweite als gegeben voraus.
Wie immer empfehlen wir Ihnen beide Artikel vollständig; sie sind frei zugänglich, wobei die Darmstädter Arbeit ein Preprint ohne Peer Review ist, Code und Testinstanzen liegen unter github.com/dopt-TUDa/heatnet offen. Beide Studien enden dort, wo der Betriebsalltag beginnt, und zwar an derselben Stelle: bei der Verteilung. Das erste rechnet ein Musterhaus auf ein Netz hoch, in dem in Wahrheit jedes Gebäude anders fährt; das zweite setzt den Kundenrücklauf pauschal an. Die Betreiberfragen lauten deshalb: Welche Hausstationen verderben tatsächlich Ihre Spreizung, und was ist der gewonnene Hub bei Ihrer Differenzdruckregelung und Ihren Pumpenkennlinien wert – als Pumpstrom, als freie Kapazität oder als abgesenkter Vorlauf? Genau dafür bilden wir im heatbeat Digital Twin Netze mit ihren realen Lastprofilen, den Messdaten aus den Hausstationen, der Hydraulik und den tatsächlichen Betriebstemperaturen ab.
Für den September freuen wir uns auch bereits auf das 31. Dresdner Fernwärmekolloquium, wo wir mit einem Stand vertreten sind und Ihnen die aktuellen Entwicklungen im heatbeat Digital Twin vor Ort zeigen. Außerdem organisiert der ENERGIEregion Nürnberg e.V. am 28.09. eine Dialogveranstaltung zum Thema „ Thermische Netze - Digitalisieren in der Praxis “, zu der wir gerne einen Beitrag beisteuern.
Die nächste Ausgabe unseres Newsletters erscheint am 7. Oktober 2026.
Ihr heatbeat-Team
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