Machbarkeitsstudie_Soltau_Tetendorfer_Straße.pdf

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MACHBARKEITSSTUDIE e k

n e le ig r e n e © o t o F

FÜR DAS EFFIZIENTE KALTE NAH-

WÄRMENETZ DES GEPLANTEN NEU-

BAUGEBIETS „TETENDORFER STRAẞE“

IN SOLTAU

Stand: 31.05.2024

Wärmenetzsystem Tetendorfer Straße | Machbarkeitsstudie 2024

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Wärmenetzsystem Tetendorfer Straße | BEW Modul I Machbarkeitsstudie 2024

Projektförderung

Die Erstellung der Machbarkeitsstudie für das geplante Neubaugebiet „Teten- dorfer Straße“ in Soltau ist im Rahmen der Beantragung von Fördermitteln für das Modul 1 der Bundesförderung für effiziente Wärmenetze (BEW) erstellt worden.

Projektpartner

Dieses Projekt wurde unter Zusammenarbeit der Stadtwerke Soltau GmbH & Co. KG, der Ingenieurgesellschaft Heidt + Peters mbH und der energielenker projects GmbH durchgeführt. Die Ingenieurgesellschaft Heidt + Peters mbH und die energielenker projects GmbH bilden hierbei als Auftragnehmer das Projektteam Tetendorfer Straße ab.

Auftraggeber Auftragnehmer Auftragnehmer

Stadtwerke Soltau energielenker projects Ingenieurgesellschaft Heidt + GmbH GmbH Peters mbH & Co. KG

Weinberg 46 Hüttruper Heide 90 Sasendorfer Straße 14

29614 Soltau 48268 Greven 29549 Bad Bevensen

Tel.: +49 5159 84 201 Tel.: +49 2571 588 66- Tel.: +49 5821 9815 10 27

Ansprechpartner: Ansprechpartner: Ansprechpartner:

Frau Nicola Sausse Herr Hendrik Fedtke Herr Kim Schwettmann

Lesehinweis

Aus Gründen der besseren Lesbarkeit wird im vorliegenden Abschlussbericht auf die gleichzei- tige Verwendung der Sprachformen männlich, weiblich und divers (m/w/d) verzichtet. Sämtli- che Personenbezeichnungen gelten gleichermaßen für alle Geschlechter

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Abbildungsverzeichnis .............................................................................................................................. III

Tabellenverzeichnis .................................................................................................................................... 4

Anhang .......................................................................................................................................................... 5

1 Zusammenfassende Erläuterung .................................................................................................... 6

1.1 Wärmeerzeuger ........................................................................................... 6

1.2 Wärmesenken/-kunden ............................................................................... 6

1.3 Wärmenetz .................................................................................................. 7

1.4 MSR-Technik ............................................................................................... 7

1.5 Genehmigungsfähigkeit ............................................................................... 7

1.6 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung .................................................................. 8

1.7 Erwartete Primärenergie- und CO -Einsparung ......................................... 8 2

1.8 Bautechnischer Zeit- und Ressourcenplan ................................................. 9

2 Lage und Standort des geplanten Wärmenetzsystems ........................................................... 10

3 Ist-Analyse des Untersuchungsgebietes .................................................................................... 13

4 Potenzialanalyse .............................................................................................................................. 18

4.1 Kaltes Nahwärmenetz mit Erdwärmesonden ........................................... 18

4.2 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ................................................................ 21

5 Soll-Analyse des Kalten Nahwärmenetzes (Konzeptionierung und Dimensionierung der Wärmeversorgung) .................................................................................. 23

5.1 Erzeuger ..................................................................................................... 23

5.1.1 Erdwärmesonden ................................................................................................................ 24

5.1.2 Wärmepumpen .................................................................................................................... 28

5.2 Netzdimensionierung ................................................................................ 29

5.2.1 Verteilleitungen ................................................................................................................... 29

5.2.2 Mögliche Betriebszustände ............................................................................................... 32

5.2.3 Netzverlustberechnung ..................................................................................................... 33

5.2.4 Temperaturverlauf .............................................................................................................. 33

5.2.5 Druckverlauf und Volumenstrom .................................................................................... 34

5.2.6 Trassierung ........................................................................................................................... 34

5.3 Technikzentrale ......................................................................................... 36

5.3.1 Gebäude ................................................................................................................................ 36

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5.3.2 TGA ........................................................................................................................................ 38

5.4 MSR-Technik ............................................................................................. 40

5.5 Wärmemengenzähler ................................................................................. 42

5.6 Stromzähler................................................................................................ 43

5.7 Primärenergie– und CO -Einsparung ....................................................... 43 2

6 Wirtschaftlichkeitsuntersuchung ................................................................................................. 45

6.1 Erwartete Investitionskosten .................................................................... 45

6.2 Erwartete jährliche Ausgaben ................................................................... 46

6.3 Erwartete Fördermittel ............................................................................. 47

6.4 Wärmegestehungskosten .......................................................................... 47

6.5 Anschlussquote bei zentralen Wärmeversorgungslösungen ................... 48

6.6 Bewertung der Ergebnisse ........................................................................ 48

7 Pfad zur Treibhausgasneutralität ................................................................................................. 49

8 Zeit- und Ressourcenplanung ....................................................................................................... 51

9 Maßnahmen zur Bürgereinbindung............................................................................................. 52

Literatur ..................................................................................................................................................... 53

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Abbildungsverzeichnis

Abbildung 2-1: Lageplan „Tetendorfer Straße“ 10 Abbildung 2-2: Städtebaulicher Entwurf „Tetendorfer Straße“ 11 Abbildung 2-3: Planzeichnung „Tetendorfer Straße“, nördliches Gebiet 12 Abbildung 3-1: Gesamtenergiebedarfe Neubaugebiet „Tetendorfer Straße“ 16 Abbildung 3-2: Monatswerte Wärmebedarf Neubaugebiet „Tetendorfer Straße“ 16 Abbildung 3-3: Monatswerte Kältebedarf Neubaugebiet „Tetendorfer Straße“ 17 Abbildung 4-1: Prinzipschaltbild der Wärmeversorgung 19 Abbildung 4-2: Geothermische Standortprüfung Soltau „Tetendorfer Straße“ (Quelle: NIBIS) 20 Abbildung 5-1: Wärmezusammensetzung 24 Abbildung 5-2: Verortung GRT-Bohrung im Quartier 25 Abbildung 5-3: Soletemperaturen im Verlauf über 50 Jahre 27 Abbildung 5-4: Lageplan Verteilernetz inkl. Rohrleitungsdimensionierung 31 Abbildung 5-5: Geschätzter Temperaturverlauf der Sole 34 Abbildung 5-6: Regelquerschnitt Kalte Nahwärme in der Haupterschließungsstraße 35 Abbildung 5-7: Gebäudepläne Technikzentrale 37 Abbildung 5-8: Hydraulikschema 39 Abbildung 5-9: Regelungsschema des Kalten Nahwärmenetzes 42 Abbildung 7-1: Pfad zur Treibhausgasneutralität 50 Abbildung 8-1: Ressourcenplan 51

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Tabellenverzeichnis

Tabelle 1-1: Ergebnisse Wirtschaftlichkeitsuntersuchung Kaltes Nahwärmenetz 8 Tabelle 3-1: Anzahl der Wohngebäudetypen und angenommene energetische Nutzfläche 13 Tabelle 3-2: Wärmebedarf - gebäudeseitig 14 Tabelle 3-3: Kältebedarf - gebäudeseitig 15 Tabelle 4-1: Technische Rahmenbedingungen der Wärmeversorgung 18 Tabelle 4-2: Wirtschaftliche Rahmenbedingungen 21 Tabelle 4-3: Treibhausgasemissionen 21 Tabelle 4-4: Ergebnisse Wirtschaftlichkeit 22 Tabelle 5-1: Zuordnung Energie 24 Tabelle 5-2 Auslegung der Wärmepumpen pro Gebäude 28 Tabelle 5-3: Geplante Leitungslänge Kälteverteilnetz nach Rohrdimension 30 Tabelle 5-4: Geplante Leitungslänge Verbindung EWS und TZ 31 Tabelle 5-5: Mögliche Betriebszustände vom Kalte Nahwärmenetz 32 Tabelle 5-6: Grobdimensionierung TGA 38 Tabelle 5-7: Faktoren zum Referenzmodellvergleich 43 Tabelle 5-8: Primär- und CO2-Einsparungen im Vergleich zu Referenzmodell – Gesamtgebiet 44 Tabelle 6-1: Aufteilung der Investitionskosten anhand Kostengruppen nach DIN 276 46 Tabelle 6-2: Erwartete jährliche Ausgaben 47 Tabelle 6-3: Erwartete Fördermittel 47 Tabelle 6-4: Erwartete Wärmegestehungskosten 47

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Anhang

Anhang_1_Gutachten_Wärmeversorgung_Ergebnisse_GRT

Anhang_2_Querprofil_QP01

Anhang_3_LP_Erdwärmesondenfeld

Anhang_4_LP_Verteilnetz

Anhang_5a_Grundriss_Schnitt_Technikzentrale_EG

Anhang_5b_Grundriss_Schnitt_Technikzentrale_UG

Anhang_6_Hydraulikschema

Anhang_7_Zeit- und Ressourcenplan

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1 Zusammenfassende Erläuterung

Das Projekt zeigt auf, wie eine sowohl nachhaltige als auch wirtschaftliche Wärmeversorgung im städtischen Raum realisiert werden kann und innovative Konzepte einen Beitrag zur Wär- mewende leisten können. Dafür wurde folgende Wärmeversorgungsvariante in Betracht gezo- gen: Dezentrale Wärmeversorgung über Sole-Wasser-Wärmepumpen mit einem zentralen Kalten Nahwärmenetz und Erdwärmesonden als Wärmequelle.

1.1 Wärmeerzeuger

Um auf den Einsatz von konventionellen, fossilen Energieträgern zur Wärmeerzeugung gänz- lich zu verzichten, wird in dem geplanten Quartier eine CO2-arme Wärmeversorgung aufge- baut. Dadurch erhält das Projekt einen Leuchtturm- und Demonstrationscharakter und zeigt, wie die Wärmewende in der Praxis umgesetzt werden kann.

Als wichtigste Wärmeerzeuger werden Sole-Wasser-Wärmepumpen eingesetzt, welche die notwendige Wärmemenge bereitstellen. Kombiniert werden die Wärmepumpen mit dezentra- len Wärmespeichern, die sich in den jeweiligen Gebäuden befinden. Als Wärmequelle dienen Erdwärmesonden, welche die über das Jahr konstante Temperatur des Bodens nutzen, um das Wärmeträgermedium zu erwärmen. Diese wird anschließend über das Verteilnetz an die Wär- mepumpen verteilt, die das Temperaturniveau anheben und nutzbare Heizungs- und Trinkwas- serwärme bereitstellen. In Folge des ausschließlichen Einsatzes von Sole-Wasser- Wärmepumpen setzt sich die eingespeiste Wärmemenge aus mindestens 80 % erneuerbarer Energie zusammen. Lediglich der Stromeinsatz ist abhängig vom regenerativen Anteil des deut- schen Strommixes. Bei Bezug von Ökostrom kann von einer 100 % erneuerbaren Wärme ge- sprochen werden.

Zusätzliche saisonale Wärmespeicher werden nicht betrachtet, da sich diese für das Untersu- chungsgebiet wirtschaftlich und räumlich nicht umsetzen lassen.

1.2 Wärmesenken/-kunden

Da zum aktuellen Planungsstand keine gesicherte Aussage zu den Gebäudetypen und Dämm- standards getroffen werden kann, wird zunächst von einer geschätzten Mischbebauung aus- gegangen. An das Kalte Nahwärmenetz werden insgesamt 200 Neubauten mit 267 Anschlüssen angeschlossen, die sich aus 110 Einfamilienhäusern, 55 Doppelhäusern, 4 Reihen- häusern, 23 Geschosswohnungsbauten, 7 Stadtvillen sowie einer Kindertagesstätte zusam- mensetzen.

Die Gebäude weisen summiert einen Gesamtwärmebedarf (gebäudeseitig) von rund 2.698.171 kWh/a auf, der durch die Sole-Wasser-Wärmepumpen mit Nutzung der Umge- bungs- oder Erdwärme gedeckt wird. Mittels einem über die betrachtete Laufzeit hinweg na- hezu konstant bleibendem Temperaturbedarf im Heizkreislauf der Gebäude kann ein verlustarmer und effizienter Betrieb der Wärmepumpen ermöglicht werden. Durch die 200 ge- planten Gebäude wird das Kriterium der Mindestgröße von 17 Gebäuden erfüllt. Ebenfalls wird durch die Betrachtung eines Kalten Netzes und der Nutzung von dezentralen Sole-Wasser- Wärmepumpen der Mindestanteil von 75 % erneuerbarer Energien an der Wärmeeinspeise- menge und der maximale Anteil gas- oder ölbefeuerter Kesselanlagen von 10 % erfüllt. Auch

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das Kriterium der niedrigen Vorlauftemperatur von unter 95 °C wird durch den Einsatz der Niedrigtemperaturerzeuger erfüllt.

1.3 Wärmenetz

Bei der gemeinschaftlichen Wärmeversorgung wird ein Kaltes Nahwärmenetz genutzt, welches die Wärme von der Wärmequelle über Rohrleitungen in den öffentlichen Verkehrswegen im Neubaugebiet an die Wärmepumpen in den Gebäuden liefert. Unter einem Kalten Nahwärme- netz wird ein Nahwärmenetz verstanden, das je nach Anwendungsfall mit einem geringen Tem- peraturniveau von rund 0 °C bis 15 °C betrieben wird. Das angestrebte Zieltemperaturniveau im Netzvorlauf des Kalten Nahwärmenetzes des Neubaugebietes „Tetendorfer Straße“ liegt im Jahresdurchschnitt bei etwa 10 °C. Das niedrige Temperaturniveau ist mit niedrigeren Netz- verlusten und gleichbedeutend geringerem Energieverbrauch und geringeren CO -Emissionen 2 verbunden.

Es ergeben sich Minimal und Maximalwerte für den Vorlauf von 3 °C und 11 °C und für den Rücklauf von -1 °C und 15 °C. Die maximalen und minimalen Temperaturspitzen und -senken können im Extremfall bei hohen oder niedrigen Außentemperaturen erreicht werden. Der Tem- peraturverlauf in Kapitel 5.2.4 zeigt den prognostizierten Normalverlauf an.

1.4 MSR-Technik

Die betrachteten Sole-Wasser-Wärmepumpen können flexibel aktiv hinzugeschaltet werden, um Strom, welcher nicht in das lokale Netz gespeist werden kann, in Form von thermischer Energie zu speichern und ebenfalls aktiv abgeschaltet werden, um Verbrauchsspitzen abzusen- ken. Über dieses Lastmanagement können Synergien zwischen dem Strom- und dem Wärme- sektor geschaffen werden, die eine effiziente Verwertung der Energien ermöglichen und damit einen Beitrag zum Klimaschutz leisten können. Für das Lastmanagement und die Erfassung des Betriebszustandes ist der Einbau intelligenter Mess- und Steuerungssysteme vorgesehen. Eine genauere Beschreibung der zu erfassenden Kennzahlen und der dafür notwendigen Kompo- nenten erfolgt in Kapitel 5.4.

1.5 Genehmigungsfähigkeit

Für die Umsetzung des Projektes wird zunächst die generelle Genehmigungsfähigkeit eines Kalten Nahwärmenetzes geprüft, bei dem Erdwärmesonden als Hauptwärmequelle dienen. Die Grundlagen für die geologischen und thermischen Standortgegebenheiten erfolgen auf Basis der öffentlich verfügbaren Daten des LBEG (Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie), insbesondere des NIBIS®-Kartenservers (Niedersächsisches Bodeninformationssystem). Die Untere Wasserbehörde weist auf ein mögliches Vorhandensein von Artesern und eines Salz- stocks hin. Um den geologischen Aufbau im Projektgebiet zu überprüfen, wurde von der Firma Fendesack Geotechnik GmbH aus Rheine eine Pilotbohrung bis 150 m unter Geländeoberkante abgeteuft und zu einer Erdwärmesonde ausgebaut. Dabei haben sich keine grundsätzlichen Hindernisse ergeben, sodass Geothermie am Standort aus genehmigungsrechtlicher Sicht mög- lich ist. Im Zuge der weiteren Projektbearbeitung ist ein Geothermal Response Test zur Be- stimmung der thermischen Leitfähigkeit des Untergrundes, des thermischen Bohrlochwiderstandes und der Untergrundtemperatur am Standort des Bauvorhabens

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durchgeführt worden. Alle Informationen zur Bohrung, der Testsonde und der geothermischen Bewertung des Standorts können dem Anhang 1 „Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit des Un- tergrundes mittels Geothermal Response-Test (GRT)“, erstellt am 14.03.2024 entnommen wer- den.

1.6 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung

In Tabelle 1-1 werden die Investitionen der Versorgungsvariante sowie die Jahreseinnahmen und -ausgaben gegenübergestellt. Im kostendeckenden Wärmepreis sind die Jahreseinnahmen verrechnet. Er bildet die Wärmegestehungskosten ab. Insgesamt ergeben sich für das Vorha- ben auf Basis der Wirtschaftlichkeitsuntersuchung (Stand 04/2024) eine Förderung von ca. 5.560.000 € bei Investitionskosten in Höhe von rund 13.900.000 €.

Tabelle 1-1: Ergebnisse Wirtschaftlichkeitsuntersuchung Kaltes Nahwärmenetz

Kaltes Nahwärmenetz mit Erdwärmesonden

Investition [€] 13.897.863

Förderung [€] 5.559.145 (BEW 40 %)

Jahresausgaben[€/a] 818.150

Wärmegestehungskosten [€/MWh] 303

1.7 Erwartete Primärenergie- und CO -Einsparung 2

Grundlage für die Emissionsbetrachtung dienen die Emissionsfaktoren und die Primärenergie- faktoren des Gebäudeenergiegesetztes (GEG).

Die CO -Emissionen im Kalten Netz hängen von dem Nutzerverhalten, der finalen Anzahl der 2 Wohneinheiten und dem Anteil der erneuerbaren Energien am eingesetzten Strom ab. Für das Quartier ergeben sich Gesamt-Emissionen zwischen 0 t/a und 302 t/a, in Abhängigkeit des be- zogenen Strommixes. Der Primärenergiebedarf liegt bei den berücksichtigten Primärenergie- faktoren bei 971 MWh/a für das gesamte Quartier.

Da es sich um ein Neubaugebiet handelt, werden die Emissionen der betrachteten prognosti- zierten Bebauungsstruktur mit denen einer Versorgung durch dezentrale Erdgasbrennwertkes- sel (85 %) mit Solarthermieunterstützung (15 %) verglichen. Hierbei ergeben sich Einsparungen zwischen 259 (Verwendung von netzbezogenem Strom mit den Emissionsfaktoren nach dem GEG) und 561 (Verwendung von Ökostrom) Tonnen CO für das gesamte Gebiet (bei der Rea- 2 lisierung der prognostizierten Bebauung).

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1.8 Bautechnischer Zeit- und Ressourcenplan

Der Zeit- und Ressourcenplan liegt der Studie als Anhang 7 bei. Hierin sind die wesentlichen Schritte zur baulichen Umsetzung der Maßnahme aufgeführt, die aufgrund zeitlicher Parameter in zwei Pakete aufgeteilt wird. Maßnahmenpaket 1 wird den nördlichen Teil mit 127 Anschluss- nehmern umfassen, Maßnahmenpaket 2 den südlichen Teil mit 140 Anschlussnehmern.

Nach erfolgreicher Antragsstellung für die Umsetzung nach BEW Modul 2 soll mit der Ausfüh- rungsplanung des ersten Maßnahmenpakets im Januar 2025 begonnen werden. Nach der Aus- schreibung und Vergabe zwischen März und September 2025, soll im Januar 2026 mit den Bohrarbeiten für die Erdwärmesonden begonnen werden. Diese belaufen sich ca. auf den Zeit- raum von 8 Monaten. Anschließend wird der Bau des Verteilernetztes und der Technikzentrale ab August 2026 geplant. Die Erstellung der Hausanschlüsse und der Einbau der Wärmepumpen erstreckt sich über den Erschließungszeitraum des geplanten Neubaugebietes von Februar 2028 bis Januar 2029.

Mit der Ausführung des zweiten Maßnahmenpakets soll, ebenfalls nach erfolgreicher Antrags- stellung, im Januar 2028 begonnen werden. Die Ausschreibung und Vergabe soll hierbei zwi- schen März und September 2028 stattfinden. Im Januar 2029 soll mit den Bohrarbeiten für die Erdwärmesonden begonnen werden, welche sich auf ca. 8 Monate belaufen. Der Bau des Ver- teilernetzes und der Technikzentrale ist ab August 2029 geplant. Die Errichtung der Hausan- schlüsse und die Installation der Wärmepumpen erfolgen während der Erschließungsphase des geplanten Neubaugebiets, die von Februar 2031 bis Januar 2032 dauert.

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2 Lage und Standort des geplanten Wärmenetzsystems

Die Stadt Soltau beabsichtigt die Erschließung des ca. 18,0 ha großen Neubaugebietes „Teten- dorfer Straße“ in Soltau im Landkreis Heidekreis. Das betrachtete Gebiet grenzt im Norden an Bestandsbauten der „Heinrich-Heine-Straße“ an. Begrenzt wird das Gebiet im Westen durch die „Tetendorfer Straße“, im Osten und Süden durch landwirtschaftliche Flächen. Durch die Bebauung der beiden Bauabschnitte wird die Siedlungsstruktur von Soltau im Süden erweitert.

Abbildung 2-1: Lageplan „Tetendorfer Straße“ (Quelle: LGLN)

Im Neubaugebiet sollen 200 Baugrundstücke entstehen, welche zukünftig mit freistehenden Einfamilienhäusern (EFH) und Doppelhäusern (DH) bzw. Doppelhaushälften (DHH), Geschoss- wohnungsbauten (GWB) und Stadtvillen (SV), Reihenhäusern (RH) sowie einer Kindertages- stätte bebaut werden sollen.

Der städtebauliche Entwurf ist in Abbildung 2-2 dargestellt.

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Abbildung 2-2: Städtebaulicher Entwurf „Tetendorfer Straße“ (Quelle: Stadt Soltau)

Während der Projektbearbeitung gab es eine wesentliche, von der Stadt Soltau veranlasste Änderung im Planstand (Abbildung 2-3), die eine vollständige Neuberechnung der Erdwärme- sonden erforderlich machte. Diese Anpassung war notwendig, um den aktuellen Anforderun- gen hinsichtlich Lage und Anzahl gerecht zu werden. Trotz dieser Änderung wurden die Bedarfsanalyse sowie die Verteilleitungen nicht angepasst, da vorläufige Untersuchungen erga- ben, dass keine signifikanten Abweichungen zu erwarten sind. Anpassungen oder etwaige er- forderliche Neuberechnungen werden im Rahmen der Leistungsphase 5 durchgeführt. Dieser Schritt ermöglicht es, auf aktuelle Entwicklungen zu reagieren und sicherzustellen, dass das Projekt weiterhin den Anforderungen entspricht.

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Abbildung 2-3: Planzeichnung „Tetendorfer Straße“, nördliches Gebiet(Quelle: Stadt Soltau)

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3 Ist-Analyse des Untersuchungsgebietes

Der zukünftige Wärmebedarf wird auf der Grundlage der vorliegenden abgeschätzten Bebau- ungsstruktur (vgl. Kap. 2) berechnet. Da zum Zeitpunkt der Anfertigung der Machbarkeitsstudie keine genauen Angaben zur Bruttogeschossfläche der geplanten Gebäude vorlagen, wurden Referenzgebäude mit realistisch umsetzbarer Nutzfläche angenommen.

Aufgrund der Anzahl an unterschiedlichen geplanten Gebäuden wird stellvertretend für die ge- planten Einfamilienhäuser (EFH) und Doppelhäuser (DH) ein durchschnittliches EFH bzw. DH in Abhängigkeit des energetischen Standards definiert. Tabelle 3-1 gibt einen Überblick über die angestrebten Gebäude zur Ermittlung des zukünftigen Energiebedarfs. Betrachtet werden hierbei die Doppelhäuser in Gänze mit jeweils zwei Wohneinheiten.

Die Wärmebedarfe werden auf Basis des Effizienzhausstandards EH 55 der KfW berechnet.

Tabelle 3-1: Anzahl der Wohngebäudetypen und angenommene energetische Nutzfläche

Gebäudeart Anzahl Wohneinheiten Durchschnittliche Wohn- fläche pro Wohneinheit

[-] [-] [m2]

EFH

DH

RH

GWB I

GWB II

GWB III

Stadtvilla

Kita

Gesamt

Auf Grundlage der angenommenen Gebäudetypen (vgl. Tabelle 3-1) und der spezifischen Be- darfe wird die Jahreswärmemenge des Quartiers bestimmt. Der spez. Wärmebedarf für die unterschiedlichen Gebäude ergibt sich dabei aus dem spez. Wärmebedarf für Trinkwarmwasser und dem spez. Wärmebedarf für Heizung und Lüftung (DIN V 18599-10: 2011 12).

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Nachfolgend wird der gebäudeseitige Wärmebedarf inkl. Heizwärme und Brauchwasser darge- stellt.

Tabelle 3-2: Wärmebedarf - gebäudeseitig

Gebäude- Spez. Heiz- Spez. Jahres- Jahres- Heizlast je Heizlast je art wärme- TWW- wärme- wärme- Gebäude Gebäude- bedarf Bedarf bedarf je bedarf je typ Gebäude Gebäudetyp

[kWh/ [kWh/ [kWh/a] [kWh/a] [kW] [kW] (m²a)] (m²a)]

EFH

DHH

RH

GWB I

GWB II

GWB III

Stadtvilla

Kita

Gesamt

Für das betrachtete Untersuchungsgebiet ergibt sich somit ein Gesamtwärmebedarf von rund 2.698.171 kWh/a. In Abhängigkeit der umgesetzten Gebäude-Effizienzstandards sinkt oder steigt sowohl der spezifische als auch der absolute Heizwärmebedarf.

Der Kältebedarf für eine passive Temperierung und Kühlung der Gebäude ist in Tabelle 3-3 dargestellt. Er macht in etwa 5 % des Wärmebedarfs der Gebäude aus. Im Gegensatz zur akti- ven Kühlung durch ein Klimagerät, findet bei der passiven Temperierung kein Verdichtungs- prozess innerhalb einer Wärmepumpe oder eines Klimageräts statt. Stattdessen fungiert die Flächenheizung als gebäudeseitiger Wärmetauscher, um thermische Energie aus dem Gebäude abzuführen. Das Erdreich mit den Erdsonden dient hierbei als Wärmesenke.

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Tabelle 3-3: Kältebedarf - gebäudeseitig

Gebäudeart spez. Kältebedarf Kältebedarf je Kältebedarf je Gebäudetyp Gebäude

[kWh/m2*a] [kWh/a] [kWh/a]

EFH

DH

RH

GWB I

GWB II

GWB III

Stadtvilla

Kita

Gesamt

Die Gesamtenergiebedarfe sowie der Jahresverlauf für die Wärme- und Kältebedarfe gebäu- deseitig und die Umweltenergiebedarf netzseitig sind in Abbildung 3-1, Abbildung 3-2 und Ab- bildung 3-3 dargestellt. Die Umweltwärme wurde mit Hilfe der Effizienz für die Wärmebereitstellung der Sole-Wasser-Wärmepumpen berechnet.

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Gesamtenergiebedarf

3.000

3.000

2.500 ] a / h W 2.000 k [

f r a 1.500 d e b e ig 1.000 r e n E 500

0

0 Wärmebedarf Umweltwärme Kältebedarf

Abbildung 3-1: Gesamtenergiebedarfe Neubaugebiet „Tetendorfer Straße“ (Quelle: energielenker)

Monatswerte Wärmebedarf

450.000

400.000 ]h 350.000 W k 300.000 [

f r 250.000 a d e 200.000 b e m 150.000 r ä W 100.000 50.000

Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

Jahreswärmebedarf Umweltwärme

Abbildung 3-2: Monatswerte Wärmebedarf Neubaugebiet „Tetendorfer Straße“ (Quelle: energielenker)

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Monatswerte Kältebedarf

70.000

60.000 ] a / h W 50.000 k [

f 40.000 r a d e 30.000 b e ig 20.000 r e n E 10.000

Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

Temperierung

Abbildung 3-3: Monatswerte Kältebedarf Neubaugebiet „Tetendorfer Straße“ (Quelle: energielenker)

Jedes Gebäude wird mit einer Wärmepumpe ausgestattet, welche bei diesem Konzept die Übergabestation, wie sie bei einem klassischen Nahwärmenetz eingesetzt wird, ersetzt. Die Wärmepumpe hebt die Temperatur auf der Netz- und Primärseite, welche im Jahresmittel bei ca. 10 °C liegt, auf ein nutzbares Temperaturniveau auf der Heizkreis- und Sekundärseite von voraussichtlich 30 °C bis 35 °C. Eine genaue Aussage über das Temperaturniveau auf der Se- kundärseite bei dem jeweiligen Endkunden kann nicht getroffen werden, da dieses abhängig vom Verhalten und der Nutzung der Gebäudeeigentümer bzw. des Gebäudes ist.

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4 Potenzialanalyse

Für das Baugebiet „Tetendorfer Straße“ und die Wärmeversorgung der Gebäude innerhalb des Quartiers wurde ausschließlich der Einsatz von erneuerbaren Wärmequellen untersucht. Po- tenzial bietet die Geothermie, welche ein Kaltes Nahwärmenetz versorgen könnte. Durch die Neubaustruktur der Gebäude besteht zudem das Potenzial der Nutzung von Niedrigtempera- turwärmeerzeugern wie Wärmepumpen im zentralen, als auch dezentralen Bereich. In Tabelle 4-1 werden die technischen Rahmenbedingungen der Wärmeversorgung erläutert.

Tabelle 4-1: Technische Rahmenbedingungen der Wärmeversorgung

Technische Rahmenbedingungen

Anzahl Erdwärmesonden [Stk.] ca. 202

Leistung zentrale Wärmepumpe [kW] -

Leistung dezentrale Wärmepumpen [kW] ca. 4,5 – 23 kW

4.1 Kaltes Nahwärmenetz mit Erdwärmesonden

Neben einer konventionellen Wärmeversorgung über fossile Brennstoffe besteht die Möglich- keit der Versorgung über ein Kaltes Nahwärmenetz. In dieser Variante wird ein Kaltes Nahwär- menetz mit Erdwärmesonden als Wärmequelle betrachtet. Erdkollektoren als reines Kollektorfeld wurden aufgrund des großen Flächenbedarfs ausgeschlossen. Als Synergieeffekt wird jedoch die Leitungsstrecke der Horizontalen Anbindung von den Erdwärmesonden und das Verteilernetz als Erd-/Grabenkollektor genutzt.

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Abbildung 4-1: Prinzipschaltbild der Wärmeversorgung

Für das Erdwärmesondenfeld werden in diesem Betrachtungsfall 202 Bohrungen bis auf eine Tiefe von 150 m abgeteuft, in die jeweils eine Erdwärmesonde eingebracht wird. Mittels Sole- leitungen und Verteilerschächten wird zwischen den Erdwärmesonden und der Technikzent- rale eine horizontale Anbindung hergestellt. Von dort wird die Wärme über eine Rohrleitung zu den versorgten Gebäuden geführt. In diesem Fall wird die Wärme auf einem geringen Tem- peraturniveau in das Netz eingespeist und erst im Gebäude von einer Wärmepumpe auf das individuell benötigte Temperaturniveau gehoben. Dabei fungiert die Wärmepumpe in den Ge- bäuden als Übergabestation. Durch das Kalte Nahwärmenetz können besonders niedrige Vor- lauftemperaturen generiert werden, welche deutlich unter denen von warmen Netzen liegen, welche häufig Vorlauftemperaturen ab 60 °C aufwärts aufweisen. Hier liegt ein entscheidender Vorteil der Kalten Nahwärmenetze. Sie werden bei Temperaturen von etwa 0 °C bis 15 °C be- trieben. Durch die geringen Netztemperaturen können günstigere Materialien für die Leitun- gen zum Einsatz kommen. Zum Einsatz kommen Polyethylen-Leitungen, die auch in der Trinkwasserversorgung verwendet werden. Durch die Nutzung von Standardprodukten muss nicht auf Spezialfirmen für Hochtemperaturnetze zurückgegriffen werden. Weiterhin sind die Wärmeverluste gering. Im Gegenteil: der Boden um die Leitungen wirkt als Puffer bei Tempe- raturunterschieden und kann Energie aufnehmen oder abgeben. Dadurch kann auf eine Isolie- rung verzichtet werden, wodurch die Kosten gegenüber einem klassischem Wärmenetz weiter gesenkt werden können. In einigen Betriebszuständen fungiert das Leitungsnetz unabhängig von den Erdwärmesonden als Erdwärmekollektor. Im Hochsommer ist das Temperaturniveau in den oberflächennahen Soleleitungen (ca. 1,20 cm u. GOK) höher als in den Sonden, sodass eine automatische Regeneration des Erdwärmesondenfeldes entsteht.

Durch den Einsatz von Sole-/Wasserwärmepumpen kann sowohl eine passive Gebäudetempe- rierung als auch eine aktive Gebäudekühlung bereitgestellt werden. Für eine hohe individuelle Kühlleistung kann der Wärmepumpenprozess über einen reversiblen bzw. umkehrbaren Kälte- kreislauf umgedreht und so zur Kälteerzeugung genutzt werden (aktive Kühlung). Alternativ kann eine passive Temperierung, das heißt ohne den Betrieb des Wärmepumpenverdichters, umgesetzt werden. Dadurch sinken die Stromkosten gegenüber einer aktiven Kühlung, da le- diglich die Umwälzpumpen im Quellen- und Heizkreis arbeiten. Die bereitgestellte Kühlleistung 19

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wird über die Heizflächen an die Wohnräume übertragen. Durch die Aufnahme der Raum- wärme kann zusätzlich die Wärmequelle der Wärmepumpe regeneriert bzw. dessen Tempera- tur angehoben werden. Bei der Wärmeversorgung über das Kalte Nahwärmenetz wird vorrangig die passive Gebäudekühlung bzw. Temperierung der Gebäude betrachtet.

Die Wärme für die Beheizung der Gebäude des Neubaugebietes soll zu 100 % über die dezent- ralen Wärmepumpen bereitgestellt werden. Dabei wird in Abhängigkeit der Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe mit ca. 75 % bis 80 % der überwiegende Teil als erneuerbare Energie aus der Umwelt gewonnen. Ungefähr 20 % bis 25 % der Energie wird in Form von Strom als An- triebsenergie benötigt.

Es ist Kartenmaterial über den Dienst NIBIS vom LBEG verfügbar. Eine erste Prüfung auf die Anwendungsmöglichkeit von Erdwärmesonden anhand des Kartenmaterials zeigt, dass die vorgesehene Fläche nicht innerhalb eines Trinkwasser- oder Heilquellenschutzgebietes liegt (s. Abbildung 4-2). Das Plangebiet befindet sich in einem Grundwasserversalzungsgebiet und bereichsweise liegen artesische Grundwasserverhältnisse nahe dem Standort vor. Um die (hydro-)geologischen Verhältnisse zu klären, wurde die Pilotbohrung im östlichen Teilbereich des Baugebietes gelegt (vgl. Anhang 1). Bei der Erkundungsbohrung sind keine Arteser aufgetreten. Das vorliegende Gutachten gibt eine effektive Wärmeleitfähigkeit des Bodens von 2,4 W/(m∙K) an.

Abbildung 4-2: Geothermische Standortprüfung Soltau „Tetendorfer Straße“ (Quelle: NIBIS)

Um in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit die Investitionen der Erdwärmesonden zu verringern, können die Erdwärmesondenfelder regeneriert werden. In einem Kalten Nahwärmenetz bieten zum einen die horizontalen Verteilleitungen eine Regeneration der Erdwärmesonden. Dies lässt sich auf die Temperaturdifferenz zwischen der Sole im Verteilnetz und dem Boden

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zurückführen. Ist die Temperatur des Bodens im Sommer höher als die der Sole, erwärmt sich die Sole und sorgt somit für eine Regeneration der Erdwärmesonden. Zum anderen können die Erdwärmesondenfelder über die passive oder aktive Gebäudekühlung regeneriert werden, in- dem die aufgenommene Raumwärme über die Sole und die Sonden an das Erdreich abgegeben wird.

4.2 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung

Im Zuge der Wirtschaftlichkeitsberechnung werden die Investitionskosten der Komponenten nach Kostengruppen der DIN 276 ermittelt. Hierbei wird auf Herstellerangebote und Erfah- rungswerte zurückgegriffen. In Tabelle 4-2 werden die wirtschaftlichen Rahmen-bedingungen aufgezeigt.

Die Betrachtung der Wirtschaftlichkeit erfolgt über eine Netto-Vollkostenrechnung für 30 Jahre Betrieb. Dabei werden für die relevanten Kostenpositionen die Entwicklungen in den nächsten 30 Jahren modelliert und mit folgenden Durchschnittswerten angesetzt.

Tabelle 4-2: Wirtschaftliche Rahmenbedingungen

Wirtschaftliche Rahmenbedingungen

Nachfolgend werden die genutzten Emissionsfaktoren nach GEG dargestellt.

Tabelle 4-3: Treibhausgasemissionen

THG-Emissionen

Die zukünftigen Preisschwankungen der Energieträger sind besonders in der aktuellen Lage äußerst schwer zu prognostizieren. Bei der Betrachtung der Strompreise der letzten Jahre ist festzustellen, dass die Energiekosten im Allgemeinen gestiegen sind. Für die langfristige Zu- kunft wird deshalb in dieser Studie von einem Mittelwert von 30 ct/kWh ausgegangen.

Für eine genauere Abschätzung der zukünftigen Entwicklung gibt es einige Faktoren zu beach- ten. Nachfolgend sind einige Annahmen und Prognosen, welche die Preisentwicklungen beein- flussen können.

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 Durch die allgemeine Inflation steigt der Strompreis

 Steigende Kosten für Netzausbau, Vertrieb und Marketing (ca. 2/3 der Ener- giekosten) erhöhen die Strompreise

 Durch die (wirtschafts-)politischen Vorgaben zur Vermeidung und Einsparung von CO -Emmissionen wird der Strompreis wahrscheinlich weiter steigen. 2

 Zukünftig sind stärkere Strompreisschwankungen im Tagesverlauf möglich.

Die Strompreise bleiben volatile Größen, sodass die Prognose für die mittel und langfristige Entwicklungen aus genannten Gründen ungewiss ist, weshalb in der vorliegenden Studie mit den aufgeführten Energiepreisen gerechnet wird.

Für die Variante wird nach der Berechnung der Investitionen, der Förderhöhe und der jährli- chen Kosten (Betriebs-, bedarfsgebundene und sonstige Kosten) der kostendeckende Wärme- preis ermittelt, der die Grundlage der Wirtschaftlichkeitsbeurteilung bildet. Dieser kostendeckende Wärmepreis wird ermittelt, indem die Summe der jährlichen Kosten und der jährlichen Kapitalkosten durch den jährlichen Energiebedarf geteilt wird.

In den nachfolgenden Tabellen und Abbildungen werden die wichtigsten Ergebnisse der Wirt- schaftlichkeitsrechnung dargestellt.

Die Investitionen wurden nach Kostengruppen der DIN 276 gegliedert und ermittelt. Unter die einmaligen Investitionen fallen Kosten für den Wärmeerzeuger in Form der Wärmepumpen, für die Wärmequellenerschließung in Form der Erdwärmesonden, dem Rohrnetz inkl. Tiefbau- arbeiten, Technikzentrale sowie sonstige Anschluss- und Planungskosten des Projekts.

Aufgrund der aktuellen Situation in Folge der Lieferengpässe und Inflation etc. ist eine genaue Abschätzung der zukünftigen Investitionen nur bedingt möglich, weshalb die Investitionen auf den ermittelten zum Zeitpunkt der Durchführung der Wirtschaftlichkeitsberechnung ermittel- ten Zahlen beruhen.

In Tabelle 4-4 sind die Investitionen und die mögliche Fördersumme der Variante dargestellt. Weitere wichtige Kennzahlen sind neben den jährlichen Ausgaben der kostendeckende Wär- mepreis und die Menge der CO - Emissionen pro Jahr. Diese Kennzahlen sind nachfolgend 2 ebenfalls dargestellt. In der nachfolgend dargestellten Tabelle werden die Kosten ohne zusätz- liche Einnahmen über den Anschlusskostenbeitrag o.ä. dargestellt.

Tabelle 4-4: Ergebnisse Wirtschaftlichkeit

Untersuchungsvariante Kaltes Nahwärmenetz mit Erdwärmesonden

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5 Soll-Analyse des Kalten Nahwärmenetzes (Konzeptionierung und Di- mensionierung der Wärmeversorgung)

Das Kalte Nahwärmenetz des geplanten Quartiers „Tetendorfer Straße“ soll über Erdwärme- sonden gespeist werden. Die Erdwärmesonden werden im Straßenbereich bzw. im Bereich der Gehwege untergebracht und befinden sich somit allesamt im Untersuchungsgebiet. Die hori- zontalen Anbindungen der Erdwärmesonden werden in dezentralen Sammlerbauwerken zu- sammengeführt und entlang der gesetzten Erdwärmesonden im Bereich der Erschließungsstraße zu der Technikzentrale gelegt. Über die Technikzentrale und das Kalte Nahwärmenetz sind die Erdwärmesonden mit den Wärmepumpen in den Gebäuden verbun- den. Durch einen Bypass, der sich in der Technikzentrale befindet, können die Erdwärmeson- den zu- oder abgeschaltet werden. Im Kalten Nahwärmenetz wird eine zentrale Netzpumpe installiert, die im Bedarfsfall den erforderlichen Volumenstrom bereitstellt, um die Solepumpen der einzelnen Wärmepumpen in den Gebäuden zu unterstützen. Für die Druckhaltung und die Nachspeisung der Sole wird eine zentrale dynamische Druckstation eingesetzt, welche sich ebenfalls in der Technikzentrale befindet. Zur Sole-Nachspeisung wird ein ca. 1.000 l großer IBC-Tank installiert. Im Jahresmittel wird ein Temperaturniveau von 10 °C erreicht, welches durch die konstanten Temperaturen im Erdreich gewährleistet wird. Aufgrund der konstanten Temperaturen, selbst zu unterschiedlichen Jahreszeiten, kann von einer stetigen Fahrweise ausgegangen werden. Die bereitgestellte Wärme setzt sich hierbei ausschließlich aus brenn- stofffreier, erneuerbarer Energie zusammen. Lediglich der zur Wärmeerzeugung benötigte Strom des deutschen Strommixes weist eine gemischte Zusammensetzung auf. Durch die Nut- zung eines Kalten Nahwärmenetzes können Rohrleitungs- und Netzverluste nahezu ausge- schlossen werden. Aus diesem Grund wird eine Wärmemenge von rund 2.160 MWh/a von den Erdwärmesonden in das Kalte Nahwärmenetz eingespeist.

5.1 Erzeuger

Im Untersuchungsgebiet werden für die Erschließung der im Erdreich gespeicherten Wärme Erdwärmesonden eingesetzt, die über das Kalte Nahwärmenetz mit den dezentralen Sole-Was- ser Wärmepumpen in den Gebäuden verbunden sind. In diesem Zusammenhang wird die Ge- othermie als eine nach menschlichen Maßstäben unerschöpfliche Energiequelle definiert. Unter Berücksichtigung von nicht vorhandenen Leitungsverlusten des Kalten Netzes, kann die aus dem Erdreich gewonnene und in den Wärmepumpen eingesetzte Umweltenergie als brennstofffrei und erneuerbar bezeichnet werden. Der Anteil an Heizenergie, den ein Wärme- pumpensystem aus erneuerbaren Quellen bezieht, hängt vom eingesetzten Strom ab. Im Jahr 2023 betrug der Anteil der Erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch 55,2 % (Fraun- hofer ISE).

Ausgehend von einer Jahresarbeitszahl (JAZ) der Wärmepumpen von ca. 5,0 beträgt der Anteil der Umweltwärme, welche über die Erdwärmesonden aufgenommen wird, ungefähr 80 %. Zu- sätzlich werden für die Anhebung der Temperatur auf ein nutzbares Niveau in den Wärme- pumpen etwa 20 % elektrische Energie benötigt. Zusammen mit dem Anteil der Erneuerbaren Energien am bundesweit erzeugten Strom setzt sich die in den Wärmepumpen eingesetzte Energie zu rund 89 % aus Erneuerbaren Energien zusammen.

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Tabelle 5-1: Zuordnung Energie

Erdwärmesonden Wärmepumpen

Wärmeerzeugung

Brennstofffreie EE

Derselbe Zusammenhang wird in nachfolgender Abbildung bildlich dargestellt. Die aus der Um- gebung bezogene und genutzte Umweltenergie ist 100 % erneuerbar und wird über das Ver- teilnetz ohne Wärmeverluste an die Wärmepumpen weitergegeben. Die von den Wärmepumpen bereitgestellte Wärme für die Wärmeversorgung der Gebäude basiert neben der Umweltwärme auf dem eingesetzten Strom, welcher in seiner Zusammensetzung vom ge- wählten Stromliefervertrag des jeweiligen Kunden bzw. Gebäudenutzers abhängig ist. Bei der angestrebten Verwendung von reinem Ökostrom stellt die Wärmepumpe 100 % regenerative Wärmeenergie bereit.

Abbildung 5-1: Wärmezusammensetzung (Anteil der brennstofffreien erneuerbaren Energie, Quelle: ener- gielenker)

5.1.1 Erdwärmesonden

Die Erdwärmesonden zur Wärmeversorgung des geplanten Neubaugebiets werden vorzugs- weise innerhalb der Gehwegzonen der Erschließungsstraßen in Linienanordnung und einem Abstand von 11 m untergebracht. Diese weiträumige Aufteilung mit wenig gegenseitiger Be- einflussung der einzelnen Erdwärmesonden führt zur besten Flächenausnutzung bei gerings- tem Erdwärmesondeneinsatz.

Zur vollständigen Erschließung des Baugebietes werden insgesamt 202 Erdwärmesonden mit einer Tiefe von 150 m benötigt. Geplant ist der Einbau von Doppel-U-Sonden mit einem Kreis- lauf aus PE 100 DA 32 SDR 11. Bei der Probebohrung wurde mit einem Bohrlochdurchmesser von 152 mm auf 150 m Tiefe abgeteuft. Zum Einsatz kam hier eine Doppel-U-Sonde mit einem

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Bündelquerschnitt von 90 mm. Eine weitere Probebohrung konnte aus technischen Problemen nicht bis zur Endteufe von 150 m niedergebracht werden. Hier wurde ebenfalls eine Doppel- U-Sonden in 65 m Tiefe eingebracht. Diese Sonde kann als Temperatur-Messsonde genutzt werden.

Im Lockergestein wird zum Stützen der Bohrung teilweise eine Hilfsverrohrung erforderlich. Aufgrund der bereichsweisen lockeren Lagerung der anstehenden Sande musste die Schutz- verrohrung bis 71,0 m u. GOK gesetzt werden. Mit einem Zuggewicht wird anschließend die Erdwärmesonde in die Bohrung eingebracht. Die Verfüllung der Bohrung erfolgt im Kontrak- torverfahren von unten nach oben bis GOK mit einer thermisch verbesserten Bentonit-Ze- ment-Suspension (Wärmeleitfähigkeit mindestens 2 W/(m∙K).

Die Annahmen der geothermischen Ergiebigkeit basiert auf der Durchführung des Geothermal Response Tests. Hierbei ergab sich eine ungestörte mittlere Bodentemperatur von 11,8° C als auch eine effektive Wärmeleitfähigkeit von rund 2,4 W/(m∙K). Die Wärmeleitfähigkeit liegt so- mit im mittleren Bereich. Die Bodentemperaturen sind für norddeutsche Verhältnisse normal. Die Verortung der Test-Bohrungen ist in nachfolgender Abbildung und in Anhang 3 dargestellt.

Pilotbohrung 1 (Erdwärmesonde 65 m)

Pilotbohrung 2 (GRT-Sonde 150 m)

Abbildung 5-2: Verortung GRT-Bohrung im Quartier (Quelle: energielenker)

Bei der Nutzung eines Erdwärmesondenfeldes als Wärmequelle für ein Kaltes Nahwärmenetz ist dieses entsprechend der von den Abnehmern benötigten Energie zu bemessen. Hierbei stel- len sowohl die Erdwärmesonden als auch die horizontalen Anbindungen und das Verteilnetz selbst die Wärmequelle dar. Über die Erdwärmesonden kann Energie aus dem Untergrund auf- genommen und in diesen abgegeben werden. Die horizontalen Anbindungen und das Verteil- netz sind oberflächennah verlegt und verhalten sich analog zu einem Erdwärmekollektor. Das

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bedeutet, die Leitungen können ebenfalls Energie aus dem oberflächennahen Untergrund auf- nehmen und in diesen abgeben.

Für die Bemessung eines Erdwärmesondenfeldes ist die thermische Leitfähigkeit des Unter- grundes neben der entzogenen Energie (siehe Kap.1) der wichtigste Parameter. Die thermische Leitfähigkeit kann mit empfohlenen Rechenwerte nach VDI 4640-1 abgeschätzt und muss an- schließend mit einem Geothermal-Response-Test (GRT) geprüft werden. An der „Tetendorfer Straße“ wurde ein GRT an einer ca. 150 m tiefen Piloterdwärmesonde durchgeführt, welche später in das Erdwärmesondenfeld integriert werden kann. Die Lage der Piloterdwärmesonde und der Temperatur-Messsonde kann Abbildung 5-2 entnommen werden. Die Dokumentation des GRT ist in Anhang 1 aufgeführt und ergab eine thermische Leitfähigkeit von 2,4 W/(m∙K) und eine ungestörte mittlere Untergrundtemperatur von 11,8 °C.

Der in der Pilotbohrung aufgeschlossene Untergrund ist in Anhang 3 dargestellt. Oberflächen- nah besteht der Baugrund aus holozänen, fluviatilen Sandablagerungen mit einer Mächtigkeit von 5,0 m. Es folgt eine 18,0 m mächtige, feinkörnige Schicht mit Schluff als Hauptgemengeteil. Darunter stehen Feinsande mit bereichsweisen organischen Lagen bis 62,0 m unter GOK an. Es schließt sich Grobsand mit einer Mächtigkeit von 6,0 m an. Bis zu einer Tiefe von 107,0 m unter GOK ist ein Ton in weicher Konsistenz erkundet worden. Im Liegenden steht bis zur End- teufe von 150 m unter Geländeoberkante ein Feinsand an.

Der Wärmebedarf wird durch das Erdwärmesondenfeld sowie das Verteilnetz gedeckt. Die ho- rizontalen Anbindungen der Erdwärmesonden sowie die Leitungen des Kalten Nahwärmenet- zes wirken wie Erdwärmekollektoren, da sie oberflächennah verlegt sind und Wärme aus dem umgebenden oberflächennahen Erdreich aufnehmen können.

Der Beitrag des Verteilnetzes zur Deckung des Wärmebedarfs wird analog zu einem Erdwär- mekollektor nach VDI 4640-2 (2019) ermittelt. Das Baugebiet befindet sich in Klimazone 3 und der Untergrund besteht aus Sand. Daher werden als Bemessungswerte für die Entzugsleistung 25 W/m² und für die Entzugsenergie 41 kWh/(m²∙a) angenommen. Der Verlegeabstand für ei- nen Erdwärmekollektor sollte ca. 0,3 m betragen.

Die horizontale Anbindung und das Verteilernetz werden in zwei Leitungsgräben verlegt. Im Mittel beträgt die Breite des Leitungsbündels rd. 1,2 m. Als wirksame Breite wird auf beiden Seiten der halbe Verlegeabstand nach VDI 4640-2 addiert, um die rechnerische Fläche des Kollektors zu erhalten. Die wirksame Breite beträgt also 1,5 m.

Mit den dargelegten Rechenparametern und der in Anhang 3 dargestellten Sondenanordnung beträgt der Beitrag der horizontalen Anbindung (ca. 3240 m²) und dem Verteilernetz (ca. 5641 m²) 364 MWh/a und 222 kW. Da die Leitungen der horizontalen Anbindung und des Ver- teilnetzes nicht explizit, wie ein Erdwärmekollektor, verlegt und z.B. überbaut werden, wird der Beitrag zum Wärmeertrag pauschal auf 75 % abgemindert. Der Beitrag beträgt also 273,1 MWh/a und 166,5 kW.

Aus dem Erdwärmesondenfeld müssen also insgesamt 1.178,2 MWh/a Wärme bereitgestellt sowie eine Spitzenlast von bis zu 953,5 kW abgedeckt werden.

Für die Dimensionierung des Erdwärmesondenfeldes wird die Software Earth Energy Designer (EED) (BLOCON, 2015) verwendet. Diese Software berechnet auf analytischem Wege die mitt- lere Temperatur des Wärmeträgermediums in der Mitte der Erdwärmesonde. Eingangsparame- ter sind z. B. die Wärmeleitfähigkeit und die spezifische Wärmekapazität des Untergrundes sowie die in das Erdwärmesondenfeld eingeleitete und die entnommene Wärme.

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Die Eingangsparameter für die Berechnung werden dem Ergebnis des GRT, der EED-Daten- bank sowie den ermittelten Wärmemengen entnommen. Die thermische Leitfähigkeit beträgt 2,4 W/(m∙K), die spezifische Wärmekapazität 2,4 MJ/(m³∙K), die mittlere Temperatur an der Erdoberfläche 11,8 °C und der geothermische Wärmefluss 0 W/m². Der geothermische Wär- mefluss wird vernachlässigt, weil die tatsächlich gemessene Untergrundtemperatur verwendet wird und nicht die Temperatur an der Erdoberfläche. Die Simulation wird über 50 Jahre durch- geführt. Die Anordnung der Erdwärmesonden kann Anhang 3 entnommen werden. Der Ab- stand zwischen den Erdwärmesonden liegt bei konstant 11 m. Dadurch ergibt sich ein Erdwärmesondenfeld von insgesamt 202 Einzelsonden.

Die Erdwärmesonden werden als Einzel-U-Sonden mit DA 32 mm ausgeführt. Der Bohrdurch- messer beträgt 152 mm, die Verfüllung hat eine Wärmeleitfähigkeit von 2 W/(m∙K). Der Rohr- achsenabstand beträgt 60 mm, um eine Überdeckung der Rohre von 30 mm zu gewährleisten (Geoberichte 24, 2022). Diese Maße sind analog zur erstellten Piloterdwärmesonde. Als Wär- meträger wird eine Sole mit 25 % Monoethylenglykol, einer Frostsicherheit bis -14 °C und ei- nem Durchfluss von 0,5 l/s und Sonde gewählt.

Die resultierenden Soletemperaturen sind in Abbildung 5-3 abgebildet. Dargestellt sind die mittleren Soletemperaturen in der Mitte der Erdwärmesonden im Mittel über das gesamte Erd- wärmesondenfeld. Der Grenzwert nach VDI 4640-2 (2019) ist eine Eintrittstemperatur in die Erdwärmesonde bei Grundlast von 0°C. Bei einer angenommenen Spreizung von 3 °C an der Wärmepumpe beträgt der Grenzwert für die Grundlast in der Berechnung somit 1,5 °C. Dieser Wert wird in der Berechnung eingehalten. Für die Spitzenlast muss gemäß dem Geobericht 24 ein Wert von -3 °C eingehalten werden, hier somit -1,5 °C. Auch dieser Wert wird in der Be- rechnung eingehalten.

Die Entwicklung der Soletemperaturen als Jahresminima und -maxima der Grundlast sowie der Spitzenlast ist in Abbildung 5-3 dargestellt. Hier ist zu sehen, dass die Grundlast in 50 Jahren auf 2,7 °C absinkt und somit den Grenzwert einhält. Die Temperaturentwicklung wird über ein Monitoring beobachtet (siehe Kap. 5.4), so dass ausreichend Zeit ist zu beurteilen, ob das Erd- wärmesondenfeld dauerhaft betrieben werden kann. Die Spitzenlast sinkt auf ca. -1,3 °C ab und hält damit ebenfalls den Grenzwert ein.

Abbildung 5-3: Soletemperaturen im Verlauf über 50 Jahre(Quelle: Heidt+Peters)

Die Bohrtiefe der Erdwärmesonden beträgt 150 m, die Gesamtlänge der Bohrmeter 30.000 m. Die Grenzwerte für die Bemessung werden eingehalten und das Vorhaben ist genehmigungs- fähig.

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5.1.2 Wärmepumpen

In jedem der zu versorgenden Gebäude des geplanten Neubaugebiets befindet sich eine Sole- Wasser-Wärmepumpe, welche die über die Sole transportierte, brennstofffreie und erneuer- bare Energie nutzen, um den Wärmebedarf der Gebäude zu decken. Die komplette Wärme- pumpenstation inklusive eines Puffer- bzw. Kombispeichers wird auf der Seite der Endabnehmer errichtet. Hierbei werden die Speicher zunächst berücksichtigt. Je nach Umset- zungsvariante können sich die Speicher jedoch auf die Seite des Endkunden verschieben und somit aus der Betrachtung entfallen. Für Reihenhäuser wird je eine Wärmepumpe pro WE vor- gesehen.

Die Wärmepumpenstation besteht aus einer Wärmepumpe mit einer Anergie- oder auch Sole- pumpe und einer Speicherladepumpe für Heizung und Warmwasser. Für Einfamilienhäuser bzw. Reihenhäuser werden Trinkwarmwasserspeicher nach Detailplanung ausgelegt. Im Be- reich der Mehrfamilienhäuser werden Heizungspufferspeicher mit Volumina in Abhängigkeit der gebäudeseitigen Anforderungen vorgesehen. Die Trinkwasser-Erwärmung erfolgt über Frischwasser- oder Wohnungsstationen.

Die Förderpumpe der Wärmepumpe sorgt im Teillastbetrieb des Netzes für die Bereitstellung des benötigten Volumenstroms je Gebäude. Ferner enthält die Wärmepumpenstation alle not- wendigen Komponenten für die Anbindung an die Trinkwarmwasserversorgung und die Wär- meversorgung im Allgemeinen sowie die Einbindung in den Vor- und Rücklauf des Kalten Nahwärmenetzes.

Somit befinden sich sowohl der Wärmeerzeuger als auch der Wärmespeicher im Besitz des Netzbetreibers. Die Schnittstelle zum kundenseitigen Heizkreis wird nach der Einbindung des Wärmespeichers sowie der Wärmepumpe definiert. Die Verteilung und Wärmeübertragung in- nerhalb der Gebäude werden bauseits ausgeführt. Je Gebäude ist die Installation einer oder mehrerer kaskadierender Wärmepumpen vorgesehen.

Die zu installierenden Wärmepumpen sind von den Gebäudetypen abhängig. Als Auslegungs- kriterien wird der Betriebspunkt B0/W35 verwendet. Somit ergibt sich für das Baugebiet ein Cluster von fünf verschiedenen Wärmepumpen (siehe Tabelle 5-2).

Tabelle 5-2 Auslegung der Wärmepumpen pro Gebäude

Kältemittel des Anzahl Heizlast je Leistung je Gebäudeart Produktes der Anschlüsse Anschluss Wärmepumpe Planung

[Stk.] [kW] [kW] [-]

EFH

DHH

RH

GWB I

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GWB II

GWB III

Stadtvilla

Kita

Gesamt

Die eingesetzten, förderbaren Wärmepumpen in den einzelnen Gebäuden werden mit dem Smart-Grid-Ready (SG-Ready) Label ausgestattet werden. Wärmepumpen mit SG-Ready-Label verfügen über eine definierte Schnittstelle, die eine Steuerung des Lastenmanagements zur Netzdienlichkeit ermöglichen und beispielsweise vom Netzbetreiber gesteuert werden können. Wärmepumpen können somit aktiv hinzugeschaltet werden, um Strom, welcher nicht in das lokale Netz gespeist werden kann, in Form von thermischer Energie zu speichern und ebenfalls aktiv abgeschaltet werden, um Verbrauchsspitzen abzusenken. Über dieses Lastmanagement können Synergien zwischen dem Strom- und dem Wärmesektor geschaffen werden, die eine effiziente Verwertung der Energien ermöglichen und damit einen Beitrag zum Klimaschutz leis- ten können.

5.2 Netzdimensionierung

Im nachfolgenden Kapitel werden die relevanten Auslegungsparameter sowie die dazugehöri- gen Druck-, Volumenstrom- und Temperaturverläufe des Netzes beschrieben und dargestellt. Des Weiteren wird die Gebäudetechnik der Technikzentrale verortet und die Trassierung der Versorgungsleitungen dargestellt. Für die Berechnung der Netzverluste, des Temperaturver- laufs und der Druckverluste wurde das Programmsystem STANET von der Fischer-Uhrig Engi- neering GmbH genutzt. Die Simulation des Kalten Nahwärmenetzes erfolgte auf der Basis folgender Auslegungsparameter:

 Dynamische Zähigkeit des Mediums: 4080,28∙10-6 kg/m∙s

 Wärmekapazität des Mediums: 3,8500 kJ/(kg∙K)

 Rauhigkeit des Rohres: 0,1000 mm

 Bodentemperatur: 8 °C

 Vorlauftemperatur des Mediums: +3 °C

 Rücklauftemperatur des Mediums: 0 °C

5.2.1 Verteilleitungen

Für die Realisierung des Kalten Netzes werden PE-Rohre in den Nennweiten von DA 50 bis DA 280 mit Gütevorschrift für die Druckstufe PN 16 (SDR 11) verwendet, die in einem dafür 29

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bauseits ausgehobenen Graben verlegt werden. Mittels STANET und anhand der zuvor aufge- führten Auslegungsparameter wurde eine automatische Durchmesserbestimmung durchge- führt. Um die Druckverluste im Netz und damit die Einsatzzeiten der zentralen Netzpumpe gering zu halten, wurde ein maximaler Reibungsverlust von 1 bar/km und eine maximale Fließ- geschwindigkeit von 2,0 m/s vorausgesetzt. Die sich aus der Simulation ergebende Rohrdimen- sionierung und die geplanten Leitungslängen können der Tabelle 5-3 entnommen werden. Für das Kalte Nahwärmenetz als solches ergibt sich insgesamt ein Netzvolumen von rund 62,6 m³. Der Übergabepunkt zum Anschluss an die Wärmeerzeuger liegt in der Technikzentrale. Dazu werden die erdverlegten Rohrleitungen über bauseits vorzusehende Öffnungen in das Ge- bäude eingeführt. Eine Wärmedämmung des Rohres ist nicht vorgesehen. Die Netztemperatu- ren liegen im Jahresdurchschnitt bei ca. 10 °C.

Tabelle 5-3: Geplante Leitungslänge Kälteverteilnetz nach Rohrdimension

Dimension Bezeichnung Rohrleitungslänge

DA 50

DA 63

DA 75

DA 90

DA 110

DA 125

DA 140

DA 160

DA 180

DA 200

DA 225

DA 280

Summe Rohrleitungs- länge

Die benötigten Längen der Wärmeleitungen und der Verteilerstränge können dem beigefügten Wärmenetzplan in Anhang 4 entnommen werden.

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Abbildung 5-4: Lageplan Verteilernetz inkl. Rohrleitungsdimensionierung(Quelle: energielenker)

Die Sonden werden im Bereich der Straße untergebracht und anschließend über horizontale Soleleitungen, die im Bereich der Erschließungsstraße verlegt werden, gesammelt und zur Technikzentrale geführt.

Tabelle 5-4: Geplante Leitungslänge Verbindung EWS und TZ

Dimension Bezeichnung Länge

DA 40

DA 160

DA 200

DA 250

DA 315

Generell werden alle Hausanschlussleitungen nahe der übrigen Versorgerhausanschlüsse bis 1,0 m auf die Grundstücke vorgelegt und mit einer Endkappe verschlossen. Der eigentliche Hausanschluss erfolgt nach Abschluss der Gebäudeinstallation. Die Planung sieht die Verle- gung horizontal oder mit leichtem Gefälle in Richtung Hausanschlusspunkt vor. Die Entlüftung erfolgt über die Wärmepumpe im Gebäude oder über die Netzseite. Der Anschluss im Bereich der Straße wird vor- und rücklaufseitig mit Druckanbohrventilen hergestellt. Die

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Befüllung / Entlüftung der Hausanschlussleitung erfolgt beim Anschluss der Wärmepumpe im Gebäude.

5.2.2 Mögliche Betriebszustände

Je nach Jahreszeit und Außentemperatur kann das Kalte Nahwärmenetz in verschiedenen Be- triebszuständen betrieben werden. Nachfolgend werden drei Betriebszustände sowie ein Ext- remfall näher erläutert. Hierbei spielt die MSR-technische Regelung der Netzpumpe eine wichtige Rolle.

Tabelle 5-5: Mögliche Betriebszustände vom Kalte Nahwärmenetz

Betriebszustand Außentemperatur Netztemperaturen Zustand

1

2

3

4

(Extremfall)

Die Betriebszustände des Kalten Nahwärmenetz sind maßgeblich abhängig von der Außentem- peratur. Im normalen Betrieb bei mittleren bis hohen Temperaturen schwankt das Kalte Nah- wärmenetz zwischen den Betriebszuständen eins und zwei. Diese unterscheiden sich in der Betriebsweise lediglich in der Nutzung der Netzpumpe. Diese wird eingesetzt, um eine zu hohe Druckdifferenz zwischen der Sonden- und der Netzseite zu vermeiden. Beide Varianten besit- zen durch das Öffnen des Bypassventils zwei Solekreisläufe, erdwärmesonden- und netzseitig. Hierbei wird netzseitig die horizontale Anbindung als Wärmequelle dadurch genutzt, dass die Solepumpen der Wärmepumpen den benötigten Volumenstrom bereitstellen. Erdwärmeson- denseitig wird die Netzpumpe im ersten Betriebszustand zunächst nicht eingesetzt. Sollten die Druckdifferenzen zwischen den beiden Solekreisläufen zu hoch werden, wird diese zugeschal- tet. In beiden Betriebszuständen kann sowohl temperiert als auch Wärme bereitgestellt wer- den. 32

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Der dritte Betriebszustand ist der Heizfall in den kalten Wintermonaten. Hierbei wird das By- passventil geschlossen und die Netzpumpe stellt den notwendigen Volumenstrom bereit, um alle Gebäude mit der benötigten Wärme zu versorgen.

Der Extremfall im vierten Betriebszustand tritt nur bei sehr hohen Außentemperaturen und gleichbedeutend bei hohem Kühlbedarf ein. Die Wärmemenge der Gebäude kann über die Son- den rückgekühlt werden und sorgt somit für eine Regeneration des Bodens und der Gesteins- schichten.

5.2.3 Netzverlustberechnung

Das Kalte Nahwärmenetz wird mit ungedämmten PE-Leitungen ausgeführt. Aufgrund des nied- rigen Temperaturniveaus und der fehlenden Dämmung werden durch den im Vergleich zu der Sole im Jahresdurchschnitt wärmeren Boden anstatt Leitungsverlusten Leitungsgewinne und somit auch Leistungsgewinne erzielt. Laut Simulation liegen die Leitungsgewinne im Ausle- gungspunkt bei rund 166,5 kW.

5.2.4 Temperaturverlauf

Für die Wärmeversorgung der Gebäude im geplanten Quartier wird ein Kaltes Nahwärmenetz eingesetzt, das bei sehr niedrigen Temperaturen nahe der Umgebungstemperatur betrieben wird. Dabei nimmt das in dem Netz zirkulierende Wasser-Glykol-Gemisch die Wärme des Erd- reiches mit seinen ganzjährig konstanten Temperaturen von zehn bis zwölf Grad auf und gibt diese an das Kältemittel in der Wärmepumpe ab. Auf diese Weise ergeben sich Minimal- und Maximalwerte für den Vorlauf von 3 °C und 11 °C und für den Rücklauf von -1 °C und 15 °C. Die Temperatur des Rücklaufes wurde über die angestrebte Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf und den berechneten Temperaturverläufen über das Jahr ermittelt. Mit den beschriebenen Werten ergibt sich der in der Abbildung 5-5 visualisierte theoretische Tempe- raturverlauf der Sole. Die maximalen und minimalen Temperaturspitzen und -senken können im Extremfall bei sehr hohen oder sehr niedrigen Außentemperaturen erreicht werden. Der Temperaturverlauf zeigt den prognostizierten Normalverlauf.

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Temperaturverlauf der Sole

35

30

25

20 ]C ° [ 15 r u t a 10 r e p 5 m e T 0

-5

-10

-15 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

Außenluft Sole Rücklauf Sole Vorlauf

Abbildung 5-5: Geschätzter Temperaturverlauf der Sole (Quelle: energielenker)

5.2.5 Druckverlauf und Volumenstrom

Für das Kalte Nahwärmenetz ergeben sich die dargestellten Volumenströme und Druckver- läufe unter der Annahme von folgenden Randbedingungen:

 Vorlauf: 3 bar

 Rücklauf: 1 bar

 Netzvolumen: 62,6 m³

Mit einem sich einstellenden maximalen Volumenstrom von rund 423 m3/h beläuft sich der Druckverlust für den Strang bis zum Schlechtpunkt des Netzes auf 1,1 bar.

5.2.6 Trassierung

Die Trassierung des Kalten Nahwärmenetzes mit horizontaler Anbindung der Erdwärmesonden und dem Verteilernetz wurde weitestgehend im leitungsfreien Straßenbereich vorgesehen. Bis auf die Hausanschlussleitungen und die Anbindung der Pilotbohrungen wird das gesamte Kalte Nahwärmenetz im öffentlichen Raum geplant. Die Trassierung der Leitungen orientiert sich hierbei am Erdwärmesondenfeld. Die Verlegung von horizontaler Anbindung und Verteilernetz erfolgt im Straßenquerschnitt in zwei Leitungsgräben. Um das geplante Leitungsbündel kom- pakt zu halten, werden die Soleleitungen auf verschiedenen vertikalen Ebenen verlegt. Vor- und Rücklaufleitungen werden hierbei mit Isolierung thermisch voneinander getrennt. Geplant ist eine Mindestüberdeckung von > 80 cm (Anhang 2). Zur weiteren Reduktion des Leitungs- bündels werden bis zu 16 Solekreisläufe an Verteilerschächte angeschlossen. Die Hausan- schlüsse erfolgen mit T-Stück und Absperrschieber am Verteilernetz und werden abgedeckelt bis 1,00 m auf die Grundstücke vorgelegt. Zur Herstellung der Hausanschlussleitung, beste- hend aus einer entsprechend des jeweiligen Wärmebedarf dimensionierten Vor-/

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Rücklaufleitung, ist die Querung der Versorgungsleitungen erforderlich. Die Leitungsquerung erfolgt in Handschachtung, Unterminierung oder mit Leerrohren. Vom Einsatz von Erdraketen ist bei den Querungen abzusehen. Wird der nach VDI 2019 erforderliche Mindestabstand von 1,00 m warmen Netzteilen zu anderen Leitungen unterschritten, wird eine isolierte Kaltwas- serleitung eingesetzt. Das gleiche gilt für Abschnitte, in denen durch die Querung eine Mindest- überdeckung von 0,80 m nicht eingehalten werden kann. Alle Übergänge werden gemäß AwSV-Vorgabe geschweißt und das Gesamtsystem vor der Inbetriebnahme druckgeprüft. Bei der Grünplanung ist zu berücksichtigen, dass unmittelbar über den Erdwärmesonden und Lei- tungen keine Bäume gepflanzt werden können. Bei Pflanzungen, die das Kalte Nahwärmenetz direkt berühren, sind die Anlagenteile mit Wurzelschutzmaßnahmen (Flüssigboden, Vlies oder Schutzverrohrung) zu sichern. Wenn möglich sind hier flachwurzelnde Baumarten einzusetzen.

Abbildung 5-6: Regelquerschnitt Kalte Nahwärme in der Haupterschließungsstraße (Anhang 2) (Quelle: Heidt+Peters)

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5.3 Technikzentrale

Die Technikzentrale liegt mittig des geplanten Neubaugebiets. In dem Gebäude ist neben dem Verteilerbalken für „Horizontale Anbindung / Nahwärmeverteilernetz“ auch die Pumpen-, Steuer- und Elektrotechnik untergebracht. Weiterhin soll hier zur Nachfüllung des Glykol-Was- ser-Gemischs ein 1.000 l IBC-Container gelagert werden. Die Unterbringung der Technik und insbesondere des Verteilers erfordert eine lichte Gebäudeinnenabmessung von 11,50 m x 5,00 m. Während des Baus wird eine leitungsfreie Zone von 3 m um das Gebäude festgelegt. Diese Zone darf während der Bauphase weder bebaut noch als Lagerfläche genutzt werden. Nach Abschluss der Bauarbeiten steht es frei, diese Zone wieder uneingeschränkt zu nutzen.

5.3.1 Gebäude

Um die in rd. 1 m Tiefe ankommenden Leitungen der horizontalen Anbindung und des Nah- wärmeverteilernetzes waagerecht in das Gebäude einführen zu können ist ein Kellergeschoss erforderlich. Dieses wird als Weiße Wanne aus WU-Stahlbeton bis 2,40 m unter GOK herge- stellt. Neben dem Kellergeschoss ist ebenerdig ein Erdgeschoss vorgesehen. Dieses soll mit einer lichten Raumhöhe 2,30 m über GOK abschließen. Der Boden zwischen Kellergeschoss und Erdgeschoss wird mit abnehmbaren Gitterrostabdeckungen hergestellt. Die Leitungen PE DA 280 und DA 225 des Nahwärmeverteilernetzes werden durch ein in den Beton eingegos- senes Hülsrohr mit Pressringdichtungen in das Gebäude eingeführt. Insgesamt werden 28 Erd- wärmesonden mit entsprechend 56 Vor- und Rücklaufleitungen PE DA 40 direkt an einen Verteilerbalken innerhalb der Technikzentrale angeschlossen. Die Einführung in das Gebäude erfolgt mit einem entsprechenden Schalungs- und Dichtelement. Die von den 11 Erdwärme- sondenfeldern ausgehenden Sammelleitungen in PE DA 250 und DA 300 werden an den Ver- teilerbalken in der Technikzentrale angebunden. Die Abdichtung in der Wand erfolgt ebenfalls mit Hülsrohr und Pressringdichtungen.

Im Kellergeschoss werden der Verteiler, Membranausgleichsgefäße und der 1.000 l IBC-Vor- ratstank untergebracht. Im Erdgeschoss befindet sich entsprechend die Pumpen-, Steuer- und Elektrotechnik.

Die Stahlbetonwände des Erdgeschosses werden mit Lärchenbohlen verschalt. Als Bedachung ist ein begrüntes Flachdach vorgesehen. Das Gebäude ist nicht gedämmt und erhält großzügige Lüftungsöffnungen. Dies soll der Abfuhr von Kondenswasser dienen.

Der Zugang erfolgt über eine zweiflügelige Tür. Aus optischen und lichttechnischen Gründen erhält das Gebäude Fenster mit einer Sicherheitsverglasung.

Beispielhafte Grundrisse der Technikzentrale sind Anhang 5 zu entnehmen. Die genauen Dar- stellungen werden in LP 5 angepasst.

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Abbildung 5-7: Gebäudepläne Technikzentrale (Anhang 6, Quelle: energielenker)

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5.3.2 TGA

Die Technikzentrale stellt das Bindeglied zwischen den Erdwärmesonden und dem Versor- gungsnetz dar und beinhaltet unter anderem einen 1.000 l IBC-Container zur Sole-Nachfüllung, eine Druckhaltestation, eine Netzpumpe, einen Sole-Verteiler, einen Schaltschrank sowie di- verse Regelarmaturen. Verrohrt wird die Technikzentrale mit einer Mindestdimension von DA 400. Über einen Verteiler werden die in die Technikzentrale eintretenden Soleleitungen der Erdwärmesonden mit dem Kälteverteilnetz verbunden. Durch die Auslegung des Verteilers in sogenannter H-Form, können die zwei Seiten des Verteilers in Dimension DA 355 ausgeführt werden und auf die Hauptleitung zusammengeführt werden.

Die wichtigsten Gewerke innerhalb der Technikzentrale sind nachfolgend in Tabelle 5-6 inkl. vorläufiger Dimensionierung aufgelistet.

Tabelle 5-6: Grobdimensionierung TGA

Gewerk Dimensionierung

Verteilerbalkenset VL+RL

Netzpumpe VL

Nachspeisung

Pumpengesteuerte Druckhal- tung

Schmutz-, Schlamm- und Mag- netitabscheider

MSR

Elektrik

Das in Abbildung 5-8 und Anhang 6 abgebildete Hydraulikschema stellt die Komponenten und die Armaturen des Kalten Nahwärmenetzsystems dar. Des Weiteren wird dort die Ausgestal- tung der Hausübergabe in Form der Sole-Wasser-Wärmepumpen beim Endabnehmer darge- stellt. Die Wärmequellenerschließung erfolgt über die Erdwärmesonden.

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Abbildung 5-8: Hydraulikschema (Quelle: energielenker)

Die Druckhaltung und Nachspeisung, welche über den Nachspeisecontainer sichergestellt wird, werden über kleinere Rohrdimensionen in den Vorlauf des Netzes eingebunden. Die dy- namische Druckhaltestation enthält die notwendigen Komponenten für die Druckhaltung.

Neben diesen Komponenten befinden sich in der Technikzentrale u.a. Ventile, Sicherheitsap- paraturen und Bypässe. Absperrventile sind sowohl vor und nach austauschbaren Komponen- ten als auch im Zuge der Umsetzung von Bypässen vorgesehen. Über Entlüftungsventile wird gewährleistet, dass die Luft in den Soleleitungen entweichen kann. Für die Sicherung der Funk- tionalität des Netzes sind zudem Sicherheitsapparaturen, wie z.B. Überdruckventile vorgese- hen.

Der für das Kalte Nahwärmenetz erforderliche Volumenstrom wird über die zentrale Netz- pumpe bereitgestellt. Die Verrohrung der Netzpumpe orientiert sich an den Saug- und Druck- stutzen der einzubauenden Netzpumpe. Im Netz herrscht ein maximaler Volumenstrom von ca. 423 m3/h. Dieser teilt sich im Netz sowie in Richtung der Erdwärmesonden auf die Anzahl der Soleleitungen auf.

Für den Einbau intelligenter Mess- und Steuerungssysteme wird ein Schaltschrank in der Tech- nikzentrale angebracht. Die MSR-Technik im betrachteten Kalten Nahwärmenetz ist dafür zu- ständig den Betriebszustand fortlaufend zu messen sowie zu erfassen und diesen auf die optimalen Betriebsbedingungen anzupassen.

In Anhang 5 wird eine mögliche Verortung der Komponenten und Gewerke innerhalb der Tech- nikzentrale dargestellt.

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5.4 MSR-Technik

Mithilfe des Einsatzes von MSR-Technik wird ein Monitoring-Konzept umgesetzt, welches die Effizienz, Zuverlässigkeit und Sicherheit im Kalten Wärmenetz noch weiter erhöht. Um den Aufwand für die Überwachung des Wärmenetzes gering zu halten und gleichzeitig die Genau- igkeit zu erhöhen, werden intelligente Mess- und Steuerungssysteme eingesetzt. Sie werden verwendet, um die Prozesse im Wärmenetzsystem zu überwachen, zu steuern und zu regeln, sodass die optimalen Betriebsbedingungen erreicht und aufrechterhalten werden können. Hierzu wird u.a. überwacht, ob sich die erfassten Kennzahlen der Komponenten innerhalb von den zuvor definierten Grenzen befinden. Dabei stellen sich die in Tabelle 5-5 dargestellten Be- triebszustände ein. Durch die fortlaufende Messung des Betriebszustandes des Wärmenetzes werden Probleme frühzeitig erkannt, sodass bei Bedarf schnellstmöglich Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können. Der Einsatz von MSR-Technik bietet einige Vorteile, von denen die wichtigsten nachfolgend aufgeführt werden:

 Erfassung und Analyse der relevanten Betriebsdaten

 Steigerung der Effizienz durch Optimierung von ineffizienten Betriebszustän- den

 Beitrag zur Sicherheit, aufgrund kontinuierlicher Überwachung des Systems und rechtzeitige Erkennung von Abweichungen oder Störungen

 Verringerung manueller Eingriffe durch eine Automatisierung der Abläufe

 Flexible Anpassung an sich wechselnde Anforderungen

 Erstellung von Prognosen auf der Basis erkannter Trends

 Fernüberwachung und -steuerung

Ein guter Kenntnisstand über den Zustand des Wärmenetzes trägt dazu bei, vorhandene Po- tenziale zu identifizieren und Optimierungsmaßnahmen einzuleiten, um diese Potenziale zu he- ben. Dafür ist eine laufende Überwachung der einzelnen Komponenten des kalten Wärmenetzes sowie der Vorgänge und Prozesse innerhalb des Wärmenetzsystems notwendig. Damit ein möglichst guter Kenntnisstand über die Vorgänge im Wärmenetz erreicht wird, wer- den verschiedene Messinstrumente und Sensoren eingesetzt. Dabei werden nur die Mess- punkte eingerichtet, die für die Erfassung des Betriebszustandes des Wärmenetzsystems unbedingt notwendig sind und sich für eine aussagekräftige Bilanzierung eignen. Für die Erfas- sung des Betriebszustandes des betrachteten Kalten Wärmenetzes werden die nachfolgend vorgestellten Messgeräte und Sensoren eingesetzt:

Wärmepumpe

Für die Bewertung der Effizienz des Wärmenetzes und der gebäudeseitigen Wärmerzeugung werden die dafür relevanten Daten der Wärmepumpe ausgelesen. Zu den benötigten Daten zählen die Wärmeabnahme aus dem Kalten Nahwärmenetz, die von der Wärmepumpe er- zeugte Wärmeenergie, die Nutzenergie für Trinkwarmwasser und Raumheizung sowie die Käl- teeinspeisung in das Wärmenetz zur passiven Temperierung der Gebäude. Ein Fokus liegt hierbei auf der Erfassung der Nettowärmeerzeugung bzw. der Einspeisemenge jeder Wärme- pumpe in das Gebäude und der Berechnung der Jahresarbeitszahlen (JAZ). Gebäudeseitig wer- den zudem die Be- und Entlademengen der geplanten Wärmespeicher erfasst. Sämtliche Wärmepumpen werden über eine Datenleitung mittels Modbus TCP mit der Steuerung in der

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Technikzentrale verbunden. So lassen sich unter anderem die Förderpumpen in den Wärme- pumpen entsprechend dem Betriebszustand des Netzes steuern.

Wärmemengenzähler

Um die an die Abnehmer gelieferte und in Rechnung zu stellende Wärmemenge zu erfassen, werden Wärmemengenzähler hinter jeder Wärmepumpe installiert, welche die von der Wär- mepumpe erzeugte und an das Heizsystem des Gebäudes abgegebene Wärmemenge ermitteln.

Stromzähler

Mittels Drehstromzähler wird bei jeder Wärmepumpe die zugeführte elektrische Energie und die elektrische Leistung erfasst. Ebenfalls werden über einen weiteren Stromzähler sämtliche Stromverbräuche in der Technikzentrale erfasst. Hierzu zählen unter anderem der Stromver- brauch der Netzpumpe und der Stromverbrauch der MSR-Technik.

Temperatursensoren

In dem Vor- und dem Rücklauf des Verteilerbalkens wird jeweils ein Temperatursensor instal- liert, um die Temperaturen der Sole bei Ein- und Austritt in die und aus der Technikzentrale bestimmen zu können. Zudem wird die Temperatur der Umgebungsluft mit einem Temperatur- sensor aufgezeichnet, der an der Technikzentrale angebracht wird.

Netzpumpe

Für die Steuerung der frequenzgeregelten Netzpumpe werden Drehzahl, Differenzdruck, Be- reitschafts- und Statusmeldungen sowie Fehlermeldungen erfasst. Über den Differenzdruck wird die Förderhöhe der Netzpumpe bestimmt. Für den Austausch der betriebsrelevanten Da- ten und die exakte Regelung anhand dieser, wird die Netzpumpe über Modbus TCP an die Steuerung angebunden.

Drucktransmitter

Der Druck im Wärmenetz wird mit jeweils einem Drucktransmitter im Vor- und Rücklauf des Wärmenetzes im Verteilerbalken der Technikzentrale gemessen.

Strömungssensoren

Die Strömungsgeschwindigkeit des Wärmenetzes wird über Strömungssensoren erfasst, die im Vor- und Rücklauf des Wärmenetzes im Verteilerbalken in der Technikzentrale eingesetzt wer- den.

Für den Einbau der intelligenten Mess- und Steuerungssysteme wird ein Schaltschrank in der Technikzentrale vorgesehen. In dem Schaltschrank befindet sich eine speicherprogrammier- bare Steuerungseinheit, welche die Hauptkomponente des MSR-Systems bildet. Die Sensorik erfasst die Betriebszustände und Parameter des Kalten Wärmenetzes, welche als Signale an die Eingangsmodule der Steuereinheit weitergeleitet und anschließend von einer CPU gemäß

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dem Steuerungsalgorithmus verarbeitet werden. Aus den Eingangssignalen werden unter An- wendung des hinterlegten Steuerungsalgorithmus Steuersignale erzeugt, welche dann als Soll- bzw. Aktualwerte über die Ausgangsmodule an die Aktoren weitergegeben werden. Die Akto- ren führen die Steuersignale aus. Bei dem motorgesteuerten Absperrventil handelt es sich um ein Bauteil, das in seiner Funktion sowohl einen Sensor als auch einen Aktor darstellt. Für die Erfassung komplexerer Größen wird ein Modbus-Controller mit dem Modbus-Kommunikati- onsprotokoll verwendet. Das Modbus-Kommunikationsprotokoll bietet einen weltweit aner- kannten Standard, eine schnelle Kommunikation zwischen den Geräten und die Möglichkeit, Prüfsummen aufzustellen und Fehler zu erfassen. Im Vergleich zu einer analogen Übertra- gungstechnik reduziert sich zusätzlich der Aufwand für die Verkabelung.

Das Regelungsschema des Kalten Nahwärmenetzes ist in Abbildung 5-9 grafisch dargestellt.

Abbildung 5-9: Regelungsschema des Kalten Nahwärmenetzes (Quelle: energielenker))

Neben den Mess- und Steuerungssystemen wird ein Router vorgesehen, um sämtliche Daten über MQTT und VPN-Tunnel an ein webbasiertes Monitoringsystem zu übertragen. Dieses er- stellt einen digitalen Zwilling des Netzes und bereitet sämtliche Messdaten grafisch auf. Mit dem Monitoringsystem ist eine Live-Auswertung der Daten, ein einfacher Zugriff auf die An- lage sowie die Alarmierung bei Störfällen und Anomalien möglich. Durch ein kontinuierliches Monitoring und die Möglichkeit, schnell und einfach Schwellwerte zu ändern, kann der Anla- genbetrieb schnell und einfach jeder Situation angepasst werden. Außerdem können Kurzbe- richte mit den wichtigsten Anlageninformationen erstellt werden.

5.5 Wärmemengenzähler

Für die Abrechnung mit den EVUs werden gebäudeseitig, auf Seiten der Wärmepumpenstati- onen, zusätzlich geeichte, Wärmemengenzähler installiert. Daraus ergibt sich eine Gesamtzahl an Wärmemengenzähler von 267.

42 T e

T ch n ikze n tra

P T V Sensoren le

Analogsignal MQTT und VPN-Tunnel

Router

Analogsignal

S t e u e r u n g Analogsignal

Analogsignal

Digitalsignal Modbus TCP M

Netzpum pe Bypassventil M onitoringsystem

Modbus TCP kW h

Strom zähler 1

Modbus TCP kW h

Strom zähler 2 Lichtwellenleiter G e b

. . . ä u d e gre n ze n

W-p

W-p ä rm e u m p e

H a u s n

ä rm e u m p e

H a u s n + 1 . . .

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5.6 Stromzähler

Ebenfalls für die Abrechnung mit den EVUs werden gebäudeseitig äquivalente Strommengen- zähler installiert. In der Technikzentrale werden ebenfalls zwei Stromzähler installiert und mit- tels Modbus TCP in das Monitoringsystem eingebunden. Mit dem Fokus auf den Pumpenstromverbrauch wird auch der Stromverbrauch der Netzpumpe erfasst. Netzseitig werden innerhalb der Technikzentrale sämtliche Stromverbräuche und elektrischen Leistungen der MSR erfasst. Daraus ergibt sich eine Gesamtzahl an Stromzählern von ca. 269 Stück.

5.7 Primärenergie– und CO -Einsparung 2

Nachfolgend werden aufgrund des vollständigen Quartiersneubaus die Primärenergie- und CO -Einsparungen des Kalten Nahwärmenetzes als betrachtete Versorgungsvariante mit ei- 2 nem Referenzsystem verglichen. Das Referenzsystem wird hierbei durch einen Gasbrennwert- kessel (85 %) in Kombination mit einer Solarthermieanlage (15 %) dargestellt. Als Vergleichsobjekt wird auf ein im Quartier prognostiziertes Mehrfamilienhaus zurückgegriffen.

Die Faktoren wurden nach GEG wie folgt gewählt:

Tabelle 5-7: Faktoren zum Referenzmodellvergleich

Faktoren zum Referenzmodellvergleich

Emissionsfaktor Strom netzbezogen [g/kWh]

Emissionsfaktor Strom 100% Ökostrom [g/kWh]

Emissionsfaktor Erdgas [g/kWh]

Emissionsfaktor Solarthermie [g/kWh]

PEF Strom netzbezogen

PEF Strom 100 % Ökostrom

PEF Erdgas

PEF Solarthermie

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Es wird deutlich, dass auch mit den aktuellen hohen Emissions- und Primärenergiefaktoren nach GEG bereits hohe Einsparungen im Vergleich zum Referenzmodell erreicht werden kön- nen. Bei Betrachtung von 100 % Ökostrom lassen sich noch größere Einsparungen erzielen.

Tabelle 5-8: Primär- und CO2-Einsparungen im Vergleich zu Referenzmodell – Gesamtgebiet

Kaltes Nah- Kaltes Nah- Einsparung wärme-netz Referenz- Einsparung Gesamtgebiet wärme-netz (dt. Strom- (dt. Strom- versorgung (Ökostrom) (Ökostrom) mix) mix)

Nutzwärme- bedarf [kWh]

Endenergie- bedarf [kWh]

Primärenergie- bedarf[kWh]

CO -Emissio- 2 nen [kg/a]

Unter Betrachtung aller Gebäude ergeben sich somit über das gesamte Neubaugebiet betrach- tet und im Vergleich zur Referenzversorgung Primärenergieeinsparungen in Höhe von rund 1.603 MWh/a und CO -Einsparungen in Höhe von rund 259,5 t/a (bei Ansatz des deutschen 2 Strommixes).

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6 Wirtschaftlichkeitsuntersuchung

Für die Wirtschaftlichkeitsberechnung der betrachteten Versorgungsvariante wird eine Kos- tenschätzung nach DIN 276 durchgeführt. Die Kosten beruhen auf Herstellerangeboten und pauschalen Kostenannahmen, wenn nicht anderweitig erfassbar.

In der vertiefenden Kostenberechnung werden die Lebenszykluskosten, zu denen die Instand- haltungs-, Betriebs- und Kapitalkosten zählen, berücksichtigt.

Die Investitionssumme wird über die jeweils angesetzten Zeiträume in Form der Lebensdauer der jeweiligen Komponenten jährlich abgeschrieben. Alle Kosten werden nachfolgend exklu- sive Mehrwertsteuer angegeben (netto). Hierbei handelt es sich um jährliche Kosten, welche durch eine konstante Abschreibung für jedes Jahr gleich hoch sind. Somit lassen sich die jährli- chen Kosten auf die ersten 30 Betriebsjahre übertragen.

Die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen entsprechen den bereits in Kapitel 4.2 dargestellten Parametern.

6.1 Erwartete Investitionskosten

Um eine bessere Übersicht über die erwarteten Investitionskosten zu erhalten, werden die Kosten der jeweiligen Komponenten in Kostengruppen zusammengefasst und nach den unter- schiedlichen Einsatzbereichen aufgegliedert.

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Tabelle 6-1: Aufteilung der Investitionskosten anhand Kostengruppen nach DIN 276

Kostengruppe Gewerk Investition

300

400

700

Gesamt

6.2 Erwartete jährliche Ausgaben

Die Kosten für die erwarteten jährlichen Ausgaben setzen sich aus den für den Betrieb und die Instandsetzung notwendigen Kosten sowie den abgezinsten Kapitalkosten, die in Tabelle 6-2 angegeben sind, zusammen. Zu den betriebsgebundenen Kosten zählen die Stromkosten für den Betrieb der Wärmepumpen und aller weiteren relevanten Komponenten des Kalten Nah- wärmenetzes. Unter die Instandsetzungskosten fallen alle Kosten für die notwendigen War- tungs- und Instandhaltungsarbeiten. Die abgezinsten Kapitalkosten ergeben sich aus den oben dargestellten Investitionen. Es wird darauf hingewiesen, dass sowohl die betriebsgebundenen Kosten als auch die Instandsetzungskosten von der Fahrweise der Wärmerzeuger und dem Nutzerverhalten abhängig sind und deshalb variieren können. Die jährlichen Kosten, welche sich über die ersten 30 Jahre ergeben, werden in der nachfolgenden Tabelle dargestellt.

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Tabelle 6-2: Erwartete jährliche Ausgaben

Zeitraum Kosten (netto)

6.3 Erwartete Fördermittel

Basierend auf den Förderbedingungen des BEW wird angenommen, das sämtliche Investitio- nen für den Betrieb des Kalten Nahwärmenetzes mit einer Förderung von 40 % bezuschusst werden. Bezogen auf die ansatzfähigen Kosten beläuft sich die Summe der Fördermittel auf ca. 5.560.000 €.

Tabelle 6-3: Erwartete Fördermittel

Förderung Förderquote

Förderung 5.559.145 40 %

6.4 Wärmegestehungskosten

Die Wärmegestehungskosten setzten sich aus allen zuvor benannten Kostenkomponenten zu- sammen. Werden die jährlich anfallenden Gesamtkosten mit der von dem Kunden bezogenen Nutzwärme ins Verhältnis gesetzt, ergeben sich Wärmegestehungskosten von ca. 303 €/MWh. Ausgeschlossen werden hierbei der Anschlusskostenbeitrag als auch weitere Einnahmen durch den Wärmeverkauf.

Tabelle 6-4: Erwartete Wärmegestehungskosten

Kosten Zeitraum

Wärmegestehungskosten 303 €/MWh 30 Jahre

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6.5 Anschlussquote bei zentralen Wärmeversorgungslösungen

Für die Wirtschaftlichkeit der zentralen Wärmeversorgungsvarianten ist die Anschlussquote der Hausanschlüsse ausschlaggebend. In dieser Betrachtung wird mit einer Anschlussquote von 100 % gerechnet. Um diese Quote zu erreichen, kann eine verpflichtende Schließung eines Wärmevertrags bei Grundstückserwerb genutzt werden:

 Wärmeliefervertrag & Technische Anschlussbedingungen als Teil des Kaufvertrages

Wenn dies erfolgt, gibt es die Möglichkeit den Anschlusskostenbeitrag (Fixbetrag) im Zuge des Bauantrages zu berechnen. Werden die Kosten im Zuge des Grundstückserwerbs berechnet, können zu hohe Kosten je Quadratmeter Baugrundstück entstehen, welche potenzielle Käufer abschrecken. Wir empfehlen die Umsetzung über den Wärmeliefervertrag als Anschlusskos- tenbeitrag, da dies die Standardlösung darstellt, die für den Kunden einfach nachvollziehbar ist. So lässt sich eine hohe Anschlussquote sicherstellen.

6.6 Bewertung der Ergebnisse

Für die Vorzugsvariante ergibt sich eine Förderung nach BEW in Höhe von ca. 5.560.000 € bei Investitionskosten in Höhe von rund 13.900.000 €. Die Wärmegestehungskosten bewegen sich ohne Berücksichtigung des Anschlusskostenbeitrages im Bereich von rund 303 €/MWh.

Es ist zu beachten, dass zukünftige gesetzliche Änderungen Auswirkungen auf die Berech- nungsergebnisse haben können. Die Bewertung erfolgt auf Basis der aktuell gültigen Verord- nungen. Die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung wurde für die Variante auf 30 Jahre ausgelegt. Es wird eine längere tatsächliche Nutzungsdauer des Netzes und zu Teilen der Anlagentechnik erwartet, sodass bei einem längeren Betrachtungszeitraum mit wirtschaftlich besseren Ergeb- nissen zu rechnen ist.

Des Weiteren können die abgeschätzten Energiebedarfe vom Endergebnis abweichen. Dies ist auf die in Zukunft errichteten Wohngebäude zurückzuführen. Durch Abweichungen der realen Bebauung von den in dieser Machbarkeitsstudie getroffenen Abschätzungen bzgl. der tatsäch- lichen Nutzfläche, des Dämmstandards oder der Verhaltensweisen der Bewohner können leichte Abweichungen der Energiebedarfswerte entstehen.

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7 Pfad zur Treibhausgasneutralität

Der Pfad der Treibhausgasneutralität des Kalten Nahwärmenetzes für das geplante Quartier „Tetendorfer Straße“ in Soltau wird maßgeblich durch die Ausbauziele der Bundesregierung bei dem Anteil Erneuerbarer Energie am deutschen Strommix bestimmt. Bis zum Jahr 2030 soll laut der EEG-Novelle 2024, welche am 1. Januar 2024 in Kraft trat, der Anteil Erneuerbarer Energien am Bruttostromverbrauch auf mindestens 80 % steigen. Ausgehend von einer JAZ der eingesetzten Wärmepumpen von 5,0, liegt der Anteil der Erneuerbaren Energien am Kalten Nahwärmenetz, bei Verwendung von 80 % Erneuerbaren Strom, bei über 95 %. Bis zu dem Jahr 2035 soll die inländische Stromerzeugung nahezu treibhausgasneutral sein. In diesem Fall kön- nen die an das Kalte Nahwärmenetz angeschlossenen Gebäude ebenfalls treibhausgasneutral versorgt werden. Im Jahr 2023 betrug laut Fraunhofer ISE der Anteil der Erneuerbaren Ener- gien am Bruttostromverbrauch 55,2 %.

Aufgrund der Tatsache, dass mit den Wärmepumpen und der dezentralen Netzpumpe ein aus- schließlich strombasierter Betrieb des Kalten Nahwärmenetzes erreicht wird, besteht ein di- rekter Zusammenhang zwischen den emittierten Treibhausgasen bei der Stromerzeugung und den Treibhausgas-Emissionen, die bei der Wärmeversorgung über das Kalte Nahwärmenetz entstehen. Der geplante Ausbau der erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch in Deutschland wirkt sich somit positiv auf die Treibhausgas-Emissionen der Wärmeversorgung über das geplante Kalte Nahwärmenetz aus. Der Pfad zur Treibhausgasneutralität des Kalten Nahwärmenetzes wird in der Abbildung 7-1 dargestellt. Als Referenzjahr wurde das Jahr 2023 gewählt, in dem der CO -Emissionsfaktor für den deutschen Strommix laut Bundesnetzagentur 2 bei 380,85 g/kWh lag und der EE-Anteil laut Fraunhofer-Institut ISE 55,2 % betrug. Ausgehend von dem Referenzjahr wurden die THG-Emissionen anteilig über den erwarteten EE-Anteil für die Wegmarken 2030, 2035, 2040 und 2045 ermittelt. Angelehnt an den Gesetzesentwurf der Bundesregierung zu Sofortmaßnahmen für einen beschleunigten Ausbau der Erneuerbaren Energien und weiteren Maßnahmen im Stromsektor und dem Leitgedanken, dass im Jahr 2035 die Stromversorgung fast vollständig über Erneuerbare Energien gedeckt werden soll, wird für diese Wegmarke ein EE-Anteil von 95 % angesetzt. Ab dem Jahr 2040 wird von einer treib- hausgasneutralen Stromversorgung von Deutschland und somit auch von dem betrachteten Kalten Nahwärmenetz mittels Erneuerbarer Energien ausgegangen.

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Pfad zur Treibhausgasneutralität 100% 100% 250 t/a 95% 100%

90% 80% 206 t/a 200 t/a 80%

70% n e n 150 t/a 55% 60% o E is E s im 50% lie E t n G - 100 t/a 92 t/a 40% A H T 30%

50 t/a 20% 23 t/a 10% 0 t/a 0 t/a 0 t/a 0% 2023 2030 2035 2040 2045

EE-Anteil THG-Emissionen

Abbildung 7-1: Pfad zur Treibhausgasneutralität (Quelle: energielenker)

Von einem Ausbau des Kalten Nahwärmenetzes und dem Anschluss weiterer Wärmeabnehmer wird derzeit nicht ausgegangen, wodurch die Anzahl der Endkunden, die Anzahl der Gebäude und Wohneinheiten und die Trassenlänge des Netzes unverändert bleiben. Da, aller Voraus- sicht nach, eine energetische Sanierung der Neubauten in den nächsten 25 bis 30 Jahren auf- grund fehlender Notwendigkeit nicht erfolgen wird, bleibt ebenso der Gesamtwärmebedarf konstant, wenngleich der Klimawandel einen Einfluss auf den Wärme- und Kältebedarf hat. So kann davon ausgegangen werden, dass der Heizwärmebedarf bei unveränderter Gebäudehülle durch die Auswirkung des Klimawandels sinken und der Kühlenergiebedarf steigen wird. Eine genaue Vorhersage über die Auswirkungen des Klimawandels auf den Heizwärme- und Kühl- energiebedarf kann aufgrund der Vielzahl an Variablen an dieser Stelle nicht getroffen werden. Eine Veränderung des Temperaturniveaus im Vor- und Rücklauf des Kalten Nahwärmenetzes hängt maßgeblich von dem Wärmebedarf der Gebäude und der Dimensionierung der Erdwär- mesonden ab. Einer dauerhaften Ab- und Auskühlung des Erdreiches und einer Verringerung der Jahresdurchschnittstemperatur der Sole wird durch die fachgerechte Auslegung, die Ge- währleistung eines ausreichenden Abstandes der Erdwärmesonden untereinander und die Re- generation des Erdreiches im Sommer entgegengewirkt.

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8 Zeit- und Ressourcenplanung

Eine exakte Zeit- und Ressourcenplanung ist durch die vielen ungewissen Faktoren, die sich vor oder während der Bauphase ergeben, kaum möglich. So kann die Bearbeitungszeit des An- trages zu Modul II bei der BAFA und der Vorhaltung von Kapazitäten von Bauunternehmen und Herstellern stark variieren.

Um die zeitlichen, materiellen und personellen Ressourcen für eine Realisierung abschätzen zu können, wurde ein Bauzeiten- und Ressourcenplan aufgestellt. Der Bauzeitenplan beinhaltet alle abgeschätzten Bauphasen und zeitlichen Durchführungszeiträume der Umsetzung des Pro- jekts. Mit dem Ressourcenplan können die jeweiligen Kosten, als auch benötigten Ressourcen abgeschätzt werden.

Die personellen Ressourcen sind in den erwarteten Kosten inbegriffen. Hierunter fallen, neben den Personalkosten der Bauunternehmen, die Planungskosten, die im Rahmen der Umsetzung des Projekts anfallen.

Der Zeiten- und Ressourcenplan ist Anhang 7 zu entnehmen.

Abbildung 8-1: Ressourcenplan (Quelle: energielenker)

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9 Maßnahmen zur Bürgereinbindung

Die Ergebnisse des Vorhabens werden zwecks Bürgereinbindung auf der Website des Netzbe- treibers veröffentlicht. Hierdurch sollen Erfahrungen mit dem Projekt BEW sowie mit der An- wendung von Kalten Nahwärmenetzen geteilt werden. Dazu zählt insbesondere die zentrale Fragestellung, wie ein strommarktdienlicher Betrieb der Wärmepumpen in einem Kalten Nah- wärmenetz umgesetzt werden kann. Darüber hinaus wird untersucht, wie eine Betriebsopti- mierung auf Basis von Prognosewerten durchgeführt werden kann. Maßnahmen zur Veranschaulichung der Energieflüsse und Treibhausgaseinsparungen können mit zusätzlichem Infomaterial an der Außenwand der Technikzentrale visualisiert werden.

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Literatur

NIBIS® Kartenserver – Themenkarten und Bohrungen. Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie (LBEG), Hannover

LBEG & Niedersächsisches Ministerium für Umwelt, Energie, Bauen und Klimaschutz; Leitfa- den Erdwärmenutzung in Niedersachsen; GeoBericht 24, 2022; https://nibis.lbeg.de/DOI/da- teien/GB_24_Text_2_2022_web.pdf

LGLN – Landesamt für Geoinformation und Landesvermessung Niedersachsen

Jährlicher Anteil Erneuerbarer Energien am Bruttostromverbrauch in Deutschland https://www.energy-charts.info (Stand: 04. März 2024)

Geoberichte 24 (2022) Leitfaden Erdwärmenutzung in Niedersachsen, Rechtliche und techni- sche Grundlagen, Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie (LBEG), Hannover

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