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Ratgeber-Technik: Wie funktioniert eine Fernwärmeübergabestation?

Was ist eine Fernwärmeübergabestation? Wie wird die Fernwärme übergeben? Wie ist sie aufgebaut? Wie groß sollte eine Station sein? Welche Übergabesysteme gibt es?

Mit einer Fernwärmeübergabestation wird die Wärme eines Fernwärmenetzes in das Wärmeverteilsystem des Verbrauchers übertragen ("übergeben"). So kann die dem Verteilsystem erforderliche Vorlauftemperatur individuell eingestellt werden. Die Komponenten einer Übergabestation sind unter anderem Wärmetauscher, Regler, Ventile und Schmutzfänger.

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Wie funktioniert eine Übergabestation?

Aus der Bezeichnung Fernwärmeübergabestation lässt sich auf die technische Einrichtung selbst schließen:

"Die Fernwärmeübergabestation dient der Übergabe von Wärme, genauer, von Fernwärme, die der lokale Fernwärmelieferant anliefert und dem Verbraucher übergibt."

Die Bezeichnung Station spricht für eine stationäre Einrichtung und dafür, dass dort mehrere Komponenten gesammelt und zu einer Einheit zusammengefasst sind.

Die Funktion der Fernwärmeübergabestation ist damit klar: Sie soll Wärme übergeben. Dieser Prozess unterliegt bestimmten Anforderungen, denen man mit variierenden Modellen von Übergabestationen gerecht wird. Schließlich hat jeder Verbraucher persönliche Heizgewohnheiten und sein Gebäude hat einen spezifischen Heizwärmebedarf.

Hinzu kommen Faktoren wie die spezifische Anschlusstechnik des Fernwärmelieferanten, die in Summe beeinflussen, welche Übergabestation zum Einsatz kommt. Auch die Zahl und die technische Auslegung der Heizkreise und die Art und Weise, wie die Trinkwassererwärmung erfolgen soll, nehmen Einfluss auf die Variante der Übergabestation, die technisch notwendig wird.

Vattenfall eigene Fernwärme-Übergabestation in Hamburg. Der vertraglich vereinbarte Heizwasservolumendurchfluss wird im Volumenstromdifferenzdruckregler eingestellt und verplombt. Hinter der Übergabestation beginnt auch die Eigentums- bzw. Verantwortungsgrenze. (Foto: energie-experten.org)
Vattenfall eigene Fernwärme-Übergabestation in Hamburg. Der vertraglich vereinbarte Heizwasservolumendurchfluss wird im Volumenstromdifferenzdruckregler eingestellt und verplombt. Hinter der Übergabestation beginnt auch die Eigentums- bzw. Verantwortungsgrenze. (Foto: energie-experten.org)

Folgende Funktionen werden von einer Fernwärmeübergabestation übernommen. Sie ...

  • ... liefert dem Verbraucherkreislauf gebrauchsfertig zubereitetes Warmwasser.
  • ... misst mit ihrem zumeist im Primärkreis, sprich: wasserseitig beim Fernwärmenetz, integrierten Wärmemengenzähler, wie viel Wärme der Verbraucher bezieht.
  • ... sie regelt den primärseitigen Differenzdruck.
  • ... sie begrenzt die Durchflussmenge des Fernwärmewassers auf seine Vertragsleistung.
  • ... trennt die Systeme Fernwärmenetz und Hausanlage mit ihrem Wärmeübertrager hydraulisch voneinander.
  • ... begrenzt die Sekundär-Rücklauftemperatur mit Hilfe eines im Sekundärkreis (Verbraucherkreislauf) angeordneten Temperaturfühlers. So wird die Heizleistung automatisch zurückgenommen oder die Vorlauftemperatur des Kunden höher als die von der Außentemperatur abhängige Vorlauftemperatur eingestellt.
  • ... begrenzt in Heißwassernetzen die Vorlauftemperatur mit Hilfe eines Sicherheitstemperaturreglers.
Schematische Darstellung der Wärmeübergabe von Nah- / und Fernwärme (Grafik: energie-experten.org)
Schematische Darstellung der Wärmeübergabe von Nah- / und Fernwärme (Grafik: energie-experten.org)

Technische Komponenten einer Fernwärmeübergabestation

Eine Übergabestation ist das „Verbindungsstück“ zwischen zwei Wärmekreisen: dem primären des Fernwärmenetzes und dem sekundären des Verbraucherhaushalts. Eine typische Übergabestation besteht aus mehreren einzelnen Bauteilen. Dazu gehören:

Übergabestation als Fernwärmekompaktstation pewoCAD M (Foto: PEWO Energietechnik GmbH)
Übergabestation als Fernwärmekompaktstation pewoCAD M (Foto: PEWO Energietechnik GmbH)

Wärmetauscher

Ein Wärmetauscher ist der eigentliche Wärmeübertrager. Über ihn wird das in der Hausanlage zirkulierende Heizungswasser durch das Fern-/ Nahwärmewasser erwärmt. Ein zweiter Wärmetauscher ist für die Trinkwassererwärmung zuständig. Er sorgt letztlich für die hydraulische Entkoppelung der Nah- und Fernwärmeversorgung.

Schmutzfänger

Schmutzfänger (primärseitig und sekundärseitig) dienen in von Flüssigkeiten oder Gasen durchströmten Rohr- und Leitungssystemen dazu, die Rohre und die zugehörigen Armaturen vor Verunreinigen zu schützen, die insbesondere Letztere mit der Zeit verstopfen können. Als Schmutzfänger kommen Filter zum Einsatz, die den Schmutz zurückhalten.

Differenzdruckregler

Das Regelventil, gegebenenfalls mit Mengenbegrenzer und/oder Differenzdruckbegrenzer ausgestattet, dient als Stellglied im Regelkreis. In Heizungsanlagen arbeiten sie entweder in Reihenschaltung nach dem Drosselungsverfahren oder in Parallelschaltung nach dem Überströmverfahren.

Um den Druckunterschied zwischen Vorlauf und Rücklauf einer Heizungsanlage konstant zu halten, werden Differenzdruckregler eingesetzt. (Foto: energie-experten.org)
Um den Druckunterschied zwischen Vorlauf und Rücklauf einer Heizungsanlage konstant zu halten, werden Differenzdruckregler eingesetzt. (Foto: energie-experten.org)

Ist es als Drosselgerät ausgelegt, lässt sich mit seiner Hilfe die Durchflussmenge in der Rohrleitung einstellen. Der Differenzdruckregler enthält in beiden Fällen ein zweiseitig beaufschlagtes Membransystem und eine Gegenfederzur Einstellung des Sollwertes.

Mit einem Drosselgerät z.B. einer Blende oder einem Ventil mit Meßanschlüssen arbeiten Differenzdruckregler auch als Mengenregler und begrenzen bei Fernwärmeheizungen den Anschlusswert. (Foto: energie-experten.org)
Mit einem Drosselgerät z.B. einer Blende oder einem Ventil mit Meßanschlüssen arbeiten Differenzdruckregler auch als Mengenregler und begrenzen bei Fernwärmeheizungen den Anschlusswert. (Foto: energie-experten.org)

Wärmemengenzähler

Sharky Ultraschall-Kompakt-Wärmezähler zur Erfassung aller abrechnungsrelevanten Daten zur Messung des Energieverbrauchs in u.a. Fernwärmenetzen. (Foto: energie-experten.org)
Sharky Ultraschall-Kompakt-Wärmezähler zur Erfassung aller abrechnungsrelevanten Daten zur Messung des Energieverbrauchs in u.a. Fernwärmenetzen. (Foto: energie-experten.org)

Ein Wärmezähler (auch Wärmemengenzähler genannt, kurz: WMZ) ist ein spezielles Messgerät, mit dem sich die Wärmeenergie ermitteln lässt, die die Verbraucher über einen Heizkreislauf bekommen oder die Wärmetauschern über einen Kühlkreislauf entnommen wird. Der Wärmemengenzähler berechnet die Wärmeenergie aus dem Volumenstrom des zirkulierenden Mediums und dessen Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf.

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Sicherheitsventil

Das gegebenenfalls integrierte Sicherheitsventil schützt die unter Druck stehenden Rohrleitungssysteme davor, dass der Druck darin unzulässig steigt und verhindert so daraus resultierende Schäden am System. Wird ein zulässiger Druck überschritten, leitet das Sicherheitsventil Gase oder Flüssigkeiten ab, zum Beispiel in Sammelrohrleitungen oder -behälter.

Absperreinrichtungen

Mit einer sogenannten Hauptabsperreinrichtung, einer Armatur also, kann man Rohrleitungen kontrolliert öffnen und schließen (absperren). Damit dient die Hautabsperreinrichtung dem geregelten Einlass, Durchfluss oder Auslass von Gasen und Flüssigkeiten, die durch die Leitungen strömen. Mit einer sogenannten Hauptabsperreinrichtung, einer Armatur also, kann man Rohrleitungen kontrolliert öffnen und schließen (absperren). Damit dient die Hautabsperreinrichtung dem geregelten Einlass, Durchfluss oder Auslass von Gasen und Flüssigkeiten, die durch die Leitungen strömen. Hierzu gehören auch der Manometerabsperrhahn mit Manometer. Ein Manometer ist ein Druckmessgerät, mit dessen Hilfe sich der physikalische Druck eines Gases oder einer Flüssigkeit (Fluids) erfassen lässt.

Manometer & Thermometer

Ein Druckmessgerät (hier: Rohrfedermanometer) misst den Druck im Vor- und Rücklauf der Fernwärmeübergabestation. (Foto: energie-experten.org)
Ein Druckmessgerät (hier: Rohrfedermanometer) misst den Druck im Vor- und Rücklauf der Fernwärmeübergabestation. (Foto: energie-experten.org)

Zur Erfassung von Druck und Temperatur befinden sich in der Regel Manometer und Thermometer je nach Vorgabe der Planung und des Versorgungsunternehmens im Vorlauf und Rücklauf. Sie sind dabei in einer Tauchhülse eingelassen, die sie vom Fernwärmekreislauf abgrenzen und so auch einen Ausbau während des laufenden Prozesses möglich machen.

Regler

Ein Regler hat innerhalb eines Regelkreises die Aufgabe das Signal der Führungsgröße (den sogenannten Sollwert) kontinuierlich mit der gemessenen und zurückgeführten Regelgröße (dem sogenannten Istwert) zu vergleichen. Aus dem Unterschied beider Größen ermittelt der Regler eine sogenannte Regelabweichung (die sogenannte Regeldifferenz): Diese dient im Regelkreis als Stellgröße, mit der die Regelstrecke so beeinflusst wird, dass die Regelabweichung im eingeschwungenen Zustand zu einem Minimum wird.

Wieviel Leistung braucht eine Übergabestation?

Wie groß die eingesetzte Fernwärmeübergabestation ausfällt, bestimmt der Wärmebedarf der Räumlichkeit, die mit Wärme versorgt werden soll. Die Temperatur und der Druck der primären Energieversorgung geben den Ausschlag dafür, ob eine Fernwärmeübergabestation direkt oder indirekt betrieben wird.

Experten-Wissen: Eine indirekte Übergabestation liegt vor, wenn das Heizwasser der Hausanlage durch einen Wärmeübertrager vom Nahwärmenetz getrennt wird. Eine direkte Übergabestation liegt vor, wenn die Hausanlage vom Heizwasser aus dem Nahwärmenetz durchströmt wird.

Es gibt sie im sogenannten kleinen Leistungsbereich ab 15 Kilowatt (kW), der typischerweise für Einfamilienhäuser gemacht ist, bis hin zu Stationen mit großen Wärmeübertragungsleistungen von mehreren Megawatt, wie sie von Großprojekten abgenommen werden.

Tabelle 1: Anwendungen von Übergabestationen im Leistungsbereich von 5 kW und 20 MW
Gebäude-/ Anwendung Leistung
Einfamilienhäuser 5 bis 50 kW
Zweifamilienhäuser 20 bis 70 kW
Mehrfamilienhäuser / Wohnanlagen 70 bis 150 kW
Büros/ Geschäfte 70 bis 150 kW
Verwaltung / Industrie 100 bis 5000 kW
Landwirtschaftliche Betriebe 100 bis 5000 kW
Krankenhäuser 1000 bis 20000 kW
Wärmeverteilanlagen 1000 bis 20000 kW

Die Auslegung der Fernwärmeübergabestation verbraucherseits hängt vorrangig vom Wärmebedarf fürs Brauchwasser und nachrangig vom Primärbedarf an Heizwärme ab. Diese Rangfolge hat folgenden Grund: Die Wassertemperatur in der Warmwasseranlage muss auf einem Temperaturniveau von über 60 Grad Celsius gehalten werden, um eine Verunreinigung des Wassers mit Legionellen zu vermeiden.

Die modulare Fernwärmestation DSA1Mini ist eine Übergabestation speziell für Nahwärmenetze, die mit Biomasse im Hoch- oder Niedertemperaturbereich betrieben werden. (Foto: Danfoss)
Die modulare Fernwärmestation DSA1Mini ist eine Übergabestation speziell für Nahwärmenetze, die mit Biomasse im Hoch- oder Niedertemperaturbereich betrieben werden. (Foto: Danfoss)

Systeme zur Fernwärme-Übergabe

In Fernwärmenetzen nutzt man meist Wasser, entweder als Wasserdampf (wird immer seltener) oder als Flüssigkeit, weil Wasser wegen seiner hohen Wärmekapazität ein sehr gut geeignetes Wärmetransportmittel ist.

In gedämmten Rohrleitungssystemen wird das heiße Wasser unter Druck zu den Verbrauchern geführt. Über die Fernwärmeübergabestation erfolgt die Übergabe der Wärme in den Warmwasserkreislauf des Verbrauchers (indirekt). Großverbraucher lassen sich mit ihrem Verbraucherkreislauf auch direkt, also ohne eine Trennung, an den Fernwärmekreislauf koppeln.

Das Warmwasser lässt sich in Abhängigkeit vom Bedarf des Verbrauchers auf dreierlei Wegen bereitstellen – alle drei setzen einen entsprechend dimensionierten Fernwärmeanschluss voraus:

Durchflusssystem

Das sogenannte Durchflusssystem eignet sich insbesondere für Verbraucher mit gleichmäßigem Warmwasserbedarf. Das benötigte Wasser wird direkt an der Übergabestation erwärmt, also ähnlich wie bei einem Durchlauferhitzer.

Speichersystem

Einfamilienhäuser mit typischerweise schwankendem Warmwasserbedarf kommen besser mit einem Speichersystem zurecht: Hierbei kann der Fernwärmeanschluss kleiner ausgelegt werden, da das Wasser innerhalb eines Speichers erwärmt und bei Bedarf entnommen wird.

Speicher-Lade-System

Das sogenannte Speicher-Lade-System schließlich kombiniert die beiden vorgenannten Möglichkeiten. Es wird auf einen Durchschnittswasserverbrauch ausgelegt, der auch eine kleinere Auslegung des Fernwärmeanschlusses zulässt.

Allen drei Varianten gemein ist, dass das abgekühlte Wasser nach dem Gebrauch über die Hausstation wieder an das Rohrsystem des Versorgers abgegeben und zur Erzeugeranlage zurück transportiert wird.

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"Wie funktioniert eine Fernwärmeübergabestation?" wurde am 05.01.2018 das letzte Mal aktualisiert.