Über ein Leitungsnetz gelangt Wärme zu den angeschlossenen Gebäuden. Der Wärmeverlust bei Fernwärme entsteht, da ein Teil der Wärme auf dem Weg durch die Rohre an die Umgebung abgegeben wird.
Wie groß diese Verluste sind, hängt unter anderem von Temperaturen, Dämmung, Rohrsystem und Netzbetrieb ab. Dieser Beitrag zeigt, wie sich Wärmeverluste pro Meter und für das gesamte Fernwärmenetz einordnen und berechnen lassen. Außerdem erfahren Sie, welche technischen und betrieblichen Maßnahmen helfen, sie gezielt zu begrenzen.Je nach Fragestellung wird der Wärmeverlust bei Fernwärme mit drei unterschiedlichen Kennzahlen beschrieben:
Die Kennzahlen beantworten unterschiedliche Fragen und sollten nicht gleichgesetzt werden. W/m beschreibt die Wärmeabgabe entlang der Leitung, kWh oder MWh bilden die daraus entstehende Verlustenergie ab. Prozentwerte beziehen sich dagegen auf die Bilanz des gesamten Fernwärmenetzes.
Die physikalisch bedingte Wärmeabgabe einer Fernwärmeleitung lässt sich nicht vollständig vermeiden. Ihre Höhe kann jedoch durch die Betriebsbedingungen, den Aufbau des Rohrsystems und die Einbausituation beeinflusst werden.
Wärme fließt immer vom wärmeren zum kälteren Bereich. Bei erdverlegten Fernwärmeleitungen wird sie vom Wärmeträger über die Wand des Mediumrohrs, die Dämmung und das Mantelrohr an das umgebende Erdreich übertragen. Je größer die Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmeträger und der Umgebung ist, desto höher fällt in der Regel der Wärmeverlust einer Fernwärmeleitung aus. Die Dämmung begrenzt diesen Wärmefluss maßgeblich.
Wie hoch der Wärmeverlust einer Fernwärmeleitung pro Meter ausfällt, hängt insbesondere von folgenden Faktoren ab. Sie wirken zusammen und bestimmen, wie viel Wärme das Rohrsystem unter den jeweiligen Betriebs- und Umgebungsbedingungen abgibt:
Mit der Rohrdimension verändert sich unter anderem die wärmeabgebende Oberfläche, während der Werkstoff die Wärmeleitung durch das Mediumrohr beeinflusst. Maßgeblich bleibt jedoch der gesamte Aufbau aus Mediumrohr, Dämmung und Mantelrohr. Feuchter Boden sowie beschädigte oder durchfeuchtete Dämmungen können den Wärmeverlust bei Fernwärme zusätzlich erhöhen.
Formteile, Armaturen und Verbindungen verursachen darüber hinaus punktuelle Wärmeverluste, die bei der Bilanzierung des gesamten Systems separat zu berücksichtigen sind. Vergleichswerte sind deshalb nur aussagekräftig, wenn Dimension, Temperaturen, Dämmung und Einbaubedingungen übereinstimmen und klar ist, ob sie für ein einzelnes Rohr oder für Vor- und Rücklauf zusammen gelten.
Wärmeverluste sind schwer greifbar: Sie rauschen nicht, sie tropfen nicht und führen nicht unmittelbar zu einem Ausfall. Ohne Messung oder Berechnung bleibt daher oft unklar, welche Energiemengen entlang einer Trasse an die Umgebung abgegeben werden. Dabei summieren sich selbst moderate Wärmeverluste pro Meter über die Länge eines Fernwärmenetzes schnell zu großen Energiemengen und zusätzlichen Betriebskosten.
Eine konkrete Berechnung macht sichtbar, welche Verlustleistung entlang einer Trasse entsteht und wie viel Energie dadurch innerhalb eines Jahres abgegeben wird. Denn nur wer weiß, wie hoch der Wärmeverlust der Fernwärmeleitung ist, kann gezielt gegensteuern.
Der Wärmeverlust pro Meter ist keine pauschale Größe, sondern das Ergebnis einer thermischen Berechnung. Für den stationären, vereinfachten Fall eines einzelnen Rohrs lässt sich das Grundprinzip wie folgt darstellen:
Längenbezogene Wärmeverlustleistung q,in W/m = Temperaturdifferenz ΔT in K ÷ längenbezogener Gesamtwärmewiderstand R, in m × K/W
In den längenbezogenen Gesamtwärmewiderstand fließen unter anderem Rohrgeometrie, Dämmstoff, Dämmdicke, Bodenbeschaffenheit und Einbausituation ein. Bei Doppelrohrsystemen müssen zusätzlich die thermischen Wechselwirkungen zwischen Vor- und Rücklauf berücksichtigt werden. Die vereinfachte Grundgleichung allein reicht für deren thermische Auslegung daher nicht aus.
Für die Planung wird der W/m-Wert mit einer geeigneten Berechnungsmethode oder Planungssoftware ermittelt. Alternativ kann er unter dokumentierten Bedingungen aus technischen Produktdaten übernommen werden. Ein solcher Wert lässt sich nur verwenden, wenn die zugrunde gelegten Temperaturen, Dimensionen und Einbaubedingungen zum betrachteten Rohrsystem passen.
Liegt der Wärmeverlust pro Meter Fernwärmeleitung in W/m vor, wird er mit der betrachteten Leitungslänge multipliziert:
Wärmeverlust in W/m × Leitungslänge in m = Verlustleistung in W
Dabei muss feststehen, ob der Ausgangswert für ein einzelnes Rohr oder für Vor- und Rücklauf zusammen gilt.
Die Verlustleistung beschreibt zunächst, wie viel Wärme das Rohrsystem unter den betrachteten Bedingungen fortlaufend abgibt. Für die jährliche Verlustenergie wird die Leistung in Kilowatt mit den Betriebsstunden multipliziert:
Verlustleistung in kW × Betriebsstunden = Energieverlust in kWh
Werden ganzjährig gleichbleibende Bedingungen angenommen, kann mit 8.760 Stunden pro Jahr gerechnet werden. Da Vorlauf-, Rücklauf- und Umgebungstemperaturen in der Praxis schwanken, handelt es sich dabei jedoch um eine vereinfachte Hochrechnung.
Normhinweis: Die dargestellte Grundgleichung und die anschließende Hochrechnung veranschaulichen den Rechenweg, ersetzen aber keine vollständige thermische Auslegung. Die DIN EN 13941-1:2022-06 legt Anforderungen an die Auslegung gedämmter Einzel- und Doppelrohr-Verbundsysteme für direkt erdverlegte Fernwärmenetze fest.
Während W/m die längenbezogene Wärmeverlustleistung eines definierten Rohrsystems beschreibt, zeigen Prozentwerte die Verluste des gesamten Netzes innerhalb eines festgelegten Zeitraums. Dafür wird die Differenz zwischen der Netzeinspeisung und der nutzbaren Wärmeabgabe an Kunden beziehungsweise für eigene Einrichtungen des Versorgers ins Verhältnis zur Netzeinspeisung gesetzt:
Relative Netzverluste in Prozent = (Netzeinspeisung − nutzbare Wärmeabgabe) ÷ Netzeinspeisung × 100
Werden innerhalb eines Jahres beispielsweise 100.000 MWh Wärme in ein Fernwärmenetz eingespeist und 88.000 MWh als nutzbare Wärmeabgabe erfasst, beträgt der Verlust 12.000 MWh. Die Fernwärmeverluste liegen in diesem Beispiel bei 12 Prozent. Für eine korrekte Einordnung müssen sich Einspeisung und Wärmeabgabe auf denselben Zeitraum und dieselben Bilanzgrenzen beziehen.
Wie hoch die Verluste bei Fernwärme in Prozent ausfallen, hängt vor allem von folgenden Bedingungen ab:
W/m bewertet somit die längenbezogene Wärmeverlustleistung eines Rohrsystems unter definierten Bedingungen. Der Prozentwert beschreibt dagegen die Bilanz des gesamten Fernwärmenetzes. Hohe prozentuale Verluste lassen sich daher nicht automatisch auf ein einzelnes Rohrsystem oder einen bestimmten Werkstoff zurückführen.
Der Wärmeverlust bei Fernwärme lässt sich durch das Zusammenspiel von Planung, Betrieb und Instandhaltung begrenzen. Entscheidend ist, die Netztemperaturen, den Rohrleitungsaufbau und den tatsächlichen Zustand der Trasse gemeinsam zu betrachten.
Welche Maßnahme den größten Effekt erzielt, hängt von der Struktur und dem Zustand des jeweiligen Netzes ab. Betreiber sollten daher berechnete Wärmeverluste pro Meter Fernwärmeleitung, gemessene Netzverluste und betriebliche Daten gemeinsam bewerten. Sinken die Verluste, muss am Erzeugungspunkt weniger Wärme für dieselbe nutzbare Abgabe bereitgestellt werden. Wie sich dies auf die Betriebskosten auswirkt, hängt von den Energiepreisen und den jeweiligen Betriebsbedingungen ab.
Für Konzepte der grünen Fernwärme, die erneuerbare Wärmequellen oder nutzbare Abwärme einbinden, ist ein verlustarmer Netzbetrieb besonders relevant. So erreicht die Wärme die angeschlossenen Gebäude mit möglichst geringen Transportverlusten. Die Wirkung auf die Emissionen hängt vom jeweiligen Erzeugungsmix ab.
Bei vorisolierten Kunststoffrohrsystemen wirken Mediumrohr, Dämmung und Mantelrohr als Gesamtsystem zusammen. Das Kunststoffmediumrohr besitzt materialbedingt eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Den Wärmefluss zur Umgebung begrenzt jedoch vor allem die werkseitig aufgebrachte Dämmung. Das äußere Mantelrohr schützt sie vor Feuchtigkeit und mechanischen Einwirkungen.
Auch die Anordnung von Vor- und Rücklauf spielt eine Rolle. Bei Einzelrohrsystemen verlaufen beide Leitungen in getrennten Mantelrohren. Doppelrohrsysteme führen Vor- und Rücklauf in einem gemeinsamen Mantelrohr mit gemeinsamer Dämmung. Ihre thermische Wechselwirkung muss bei der Berechnung berücksichtigt werden. Wie hoch der Wärmeverlust der Fernwärmeleitung ausfällt, hängt daher von Dimension, Temperaturniveau und Einbaubedingungen ab.
aquatherm energy kombiniert Mediumrohre aus PP-R beziehungsweise PP-RCT mit einer PUR-Dämmung und einem HDPE-Mantelrohr. Der PUR-Schaum erfüllt die funktionalen Anforderungen der DIN EN 253. Als Einzelrohrsystem steht aquatherm energy in Dimensionen von 32 bis 355 mm zur Verfügung und eignet sich für Wärme- und Kältenetze mit Betriebstemperaturen bis 80 °C.
Für Vor- und Rücklauf in kleineren Dimensionen gibt es aquatherm energy twin. Das Doppelrohrsystem führt zwei Mediumrohre aus PP-RCT in einem gemeinsamen Mantelrohr. Es ist in den Dimensionen von 32 bis 125 mm erhältlich und für den kontinuierlichen Betrieb bis 75 °C sowie kurzzeitige Temperaturspitzen bis 100 °C ausgelegt.
Welche Ausführung infrage kommt, sollte anhand der projektspezifischen Temperaturen, Druckstufen und berechneten Wärmeverluste geprüft werden. Die Auswahl des Rohrsystems gehört damit zu den technischen Entscheidungen, die bei der Dekarbonisierung der Fernwärme zu berücksichtigen sind.
Der Wärmeverlust bei Fernwärme lässt sich nur sinnvoll bewerten, wenn die Kennzahlen klar voneinander getrennt werden. W/m beschreibt die längenbezogene Wärmeverlustleistung eines Rohrsystems, kWh oder MWh die über einen Zeitraum summierte Verlustenergie. Prozentwerte zeigen dagegen die Bilanz des gesamten Fernwärmenetzes und lassen sich nicht direkt mit W/m vergleichen.
Wie hoch die Verluste ausfallen, hängt von Temperaturen, Dimensionierung, Dämmung, Einbaubedingungen und Netzbetrieb ab. Berechnungen sollten deshalb auf klar definierten Randbedingungen beruhen. Für die Reduktion müssen Rohrsystem, Betriebsweise, Leitungszustand und Monitoring gemeinsam betrachtet werden. Erst konkrete Netz- und Betriebsdaten zeigen, welche technischen Maßnahmen geeignet sind und welche Wirkung sie im jeweiligen Netz erzielen.
Jedes Fernwärmenetz stellt andere Anforderungen an Dimensionierung, Temperaturniveau und Rohrkonfiguration. aquatherm unterstützt Planer und Betreiber dabei, geeignete Systemlösungen für Neubau, Sanierung und Netzerweiterung technisch einzuordnen.
Sprechen Sie mit unseren Experten.
