Liebe Leserinnen und Leser,

wie gewohnt präsentieren wir Ihnen in der 63. Ausgabe unseres heatbeat Research Newsletters einen aktuellen Artikel, diesmal von Ceruti et al. zur Bewertung der Leistungsfähigkeit von thermischen Gebäudemodellen und deren Einfluss auf die Planungsphase von Fernwärmenetzen. Außerdem möchten wir Ihnen in diesem Newsletter einen kurzen Überblick über die wichtigsten Entwicklungen und Neuigkeiten rund um heatbeat und unseren Digital Twin geben.

Neues von heatbeat und dem heatbeat Digital Twin

Für die nächsten Entwicklungen in unserem heatbeat Digital Twin freuen wir uns auf ein ereignisreiches Jahr 2026. Als ersten Schritt zeigen wir Ihnen bereits am 15.01.26 in der nächsten Ausgabe unseres Feature Update Live Webinars den aktuellen Stand mit den neuesten Entwicklungen. In dieser Webinarreihe stellen wir Ihnen alle 3 Monate die wichtigsten Fortschritte im heatbeat Digital Twin persönlich und interaktiv vor. Wir freuen uns auf Ihre Teilnahme, die kostenlose Anmeldung finden Sie unter diesem Link. Unter anderem geben wir im Januar-Webinar einen Überblick die erweiterten Funktionen im Bearbeitungsmodus mit mehreren Einspeisungen und das verbesserte Design-Cockpit zur Netzdimensionierung.

Neben diesem Überblick über die neuesten Entwicklungen freuen wir uns in der Rückschau auf Dezember auch über weitere erfolgreich abgeschlossene Machbarkeitsstudien und Transformationspläne ebenso wie über die erfolgreichen Bürgerinformationsveranstaltungen zu den kommunalen Wärmeplänen für Laer in NRW und Bad Essen in Niedersachsen. Die Veranstaltung in Bad Essen zeigt dabei, dass solche Termine mit zahlreichen Teilnehmenden auch davon profitieren, wenn wie hier auch zusätzliche Informationen kommuniziert werden können. In diesem Beispiel durch die Verbraucherzentrale, welche sowohl durch einen einordnenden Vortrag zur Wärmeplanung und deren Auswirkungen auf die Bürger als auch durch die Möglichkeit einer individuellen Beratung parallel zur Veranstaltung einen wertvollen Beitrag leistete.

Performance of urban building energy models and its implications for district heating network design optimization

Ceruti et al., Technische Universität München

Vorgehen

Die Autoren untersuchen, wie sich verschiedene Methoden zur Schätzung des Heizbedarfs von Gebäuden auf die Auslegung von Fernwärmenetzen (FWN) auswirken. Sie vergleichen zwei Bottom-up-Ansätze:

1. ein in City Energy Analyst (CEA) implementiertes Gray-Box-R-C-Modell und
2. eine datengetriebene Methode auf Basis deutscher Standardlastprofile (SLP)

und validieren beide anhand eines hochwertigen Datensatzes, der aus stündlichen Messungen von 130 Fernwärmeunterstationen besteht. Ohne Kalibrierung erreichen die Modelle eine bezirksweite Genauigkeit, die mit den typischen UBEM-Leistungsbereichen übereinstimmt.

Gebäudespezifische Hülldaten, Archetypen und Annahmen zur Belegung bilden die Grundlage für die Simulationen. Die beiden resultierenden Zeitreihen zum Wärmebedarf werden dann in eine hochauflösende MILP-FWN-Designoptimierung (topotherm) integriert, die den Mehrperiodenbetrieb, Technologieportfolios (Wärmepumpen, Biomasse, Solarthermie), Investitionskosten und zeitabhängige Wirkungsgrade umfasst. Auf diese Weise können die Autoren quantifizieren, wie sich Fehler in der Bedarfsmodellierung auf die Entscheidungen zum FWN-Design, die Kosten und die Versorgungsstrukturen auswirken.

Ergebnisse

Ergebnisse Im gesamten Bezirk erzielte das SLP-Modell die besten Ergebnisse bei der Reproduktion der gemessenen stündlichen Wärmebedarfe mit einem CVRMSE von ≈ 27,6 % und einem NMBE von ≈ 5,9 %, während die Genauigkeit des CEA-Modells stark von der Thermostatprogrammierung abhing. Insbesondere führten die Standard-Rückstellpläne für Nichtwohngebäude zu einer Überschätzung der Spitzenlasten um bis zu 189 %, was die Belegungsmodellierung als eine wichtige Quelle der Unsicherheit hervorhob.

Bei der Verwendung dieser Profile für die Systemauslegung hatte die Wahl der Bedarfsabschätzung klare Auswirkungen:

• Die Abweichungen bei den Auslegungskosten erreichten bis zu 16 % gegenüber dem auf Messdaten basierenden Referenzwert.
• Ungenaue Spitzen führten zu überdimensionierten Versorgungs- und Anschlusskapazitäten, während nicht übereinstimmende Stundenprofile sich auf die Technologieverteilung und die Betriebskosten auswirkten.
• Mehrzeit-Schritt-Auslegungsformulierungen, die mehrere repräsentative Betriebsperioden einbezogen, führten zu stärker vernetzten Netzen und diversifizierteren Versorgungsmixen, während Modelle mit einem einzigen Auslegungspunkt zu vereinfachten, baumartigen Netzen führten, die die tatsächlichen Systemkosten unterschätzten.

Die Zeitreihenaggregation (fünf typische Perioden plus eine Spitzenperiode) bewahrte die jährliche Energie und die meisten zeitlichen Merkmale mit nur moderaten Genauigkeitsverlusten, obwohl die Spitzenlasten systematisch reduziert wurden – was die Notwendigkeit unterstreicht, Spitzenlast-Auslegungspunkte explizit einzubeziehen.

Relevanz

Relevanz Die Studie zeigt, dass die Wahl der Nachfragemodellierung, insbesondere Thermostatprogramme und Nichtwohnungsarchitekturen, die Ergebnisse der Fernwärmenetzplanung erheblich beeinflussen und sich auf die Dimensionierung, Topologie und Investitionsentscheidungen auswirken. Selbst wenn der jährliche Heizenergiebedarf ähnlich ist, können Fehler in den Stundenprofilen und Spitzenlasten die optimale Fernwärmenetzplanung und den Betrieb um spürbare Margen verschieben.

Für Planer bedeutet dies:

• Hochwertige Gebäudedaten und realistische Belegungspläne sind unerlässlich.
• Validierte zeitliche Bedarfsprofile sollten wann immer möglich verwendet werden.
• Mehrperioden-Auslegungsformulierungen bieten robustere und kostengünstigere FWN-Konfigurationen als vereinfachte statische Ansätze.

Weitere Informationen

Wie immer empfehlen wir, den vollständigen Artikel zu lesen. Wir bei heatbeat verwenden beide vorgestellten Ansätze, Grey-Box-Simulationsmodelle mit detaillierten Nutzungsprofile und Standardlastprofile, um den Energiebedarf von Gebäuden zu schätzen, und können daher die Herausforderung unterstreichen, die mit der Unsicherheit der Nutzungsprofile und deren Einfluss auf die frühe Planungsphase einhergeht.

Wie oben bereits erwähnt, finden Sie unter diesem Link die Anmeldung für unser Feature Update Live Webinar am 15.01.2026, in dem wir Ihnen wieder die spannendsten Weiterentwicklungen unseres heatbeat Digital Twins aus den letzten 3 Monaten vorstellen. Außerdem können Sie uns auf den Stadtwerke Impact Days am 28. und 29.01. in Lübeck treffen. Dabei freuen wir uns besonders, dass Svenja Borgmann von der Stadt Aachen am 29.01. in einem Vortrag unsere Zusammenarbeit zur Förderung von Nahwärmenetzen im Aachener Stadtgebiet genauer vorstellt.

Die nächste Ausgabe unseres Newsletters erscheint am 4. Februar 2026. Wir wünschen Ihnen bis dahin nochmal einen guten Start ins neue Jahr und hoffen, Sie bei unserem Webinar am 15.01. begrüßen zu dürfen.