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Services - Energy Distribution, Pipelines

Verteilung der Gebrauchsenergieträger durch Rohrleitungsnetze

Roegelein Ingenieure bieten auf dem Planungssektor der kostenintensiven, den Wärmepreis stark beeinflussenden Wärmeverteilungsanlagen für Gebrauchsenergieträger entsprechend den nachfolgend skizzierten Rahmenbedingungen

Das abgedeckte Spektrum umfaßt ebenfalls Netze zur Verteilung von Kaltwasser / Fernkältenetze.

Fernwärmenetze

Der wichtigste wärmerelevante Gebrauchsenergieträger ist Heizwasser. Heizdampf tritt als Energieträger in seiner Bedeutung immer mehr in den Hintergrund.

Entsprechend dem Versorgungszweck weisen die Anlagen zur Erzeugung und Verteilung von leitungsgebundener Gebrauchsenergie das jeweils erforderliche bzw. wirtschaftliche Temperatur- und Druckniveau auf, welches auch bestimmend für die Bemessung der angeschlossenen Gebäudeheizungen ist.

Die Gebäudeheizungen (Hausanlagen) werden durch Hausstationen, denen in der Regel auch die Trinkwassererwärmer zugeordnet sind, entweder direkt oder mittels Wärmeaustauscher mit dem Fernwärmenetz verbunden. Die Hausstationen sind in der Regel mit Wärmemengenzähleinrichtungen ausgerüstet.

Nah- und Fernwärmeversorgungen

Nah- und Fernwärmeversorgungen konkurrieren mit Erdgasversorgungen, welche ebenfalls flächendeckend die Heizanlagen in den einzelnen Gebäuden mit Gebrauchsenergie versorgen können. Zentrale Versorgungen durch Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), durch Biomasseheizwerk oder durch Abfallwärme aus einem Müllkraftwerk erfordern Fernwärmenetze.


Nahwärmenetze für Siedlungen und Gewerbegebiete

Für geplante bzw. zu erweiternde Nah- und Fernwärmeversorgungsanlagen für Wohnsiedlungen und Gewerbegebiete durch Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) oder durch Heizzentralen mit Gas, Öl oder mit Biomasse befeuerten Wärmeerzeugern, erstellen Roegelein Ingenieure Machbarkeitsstudien mit Variantenuntersuchung möglicher Wärmeverteilungssysteme. Wichtige Ansätze sind hierbei prognostizierte Wärmedichten, Teillastverhalten, Ausbauzeiten, wirtschaftliche Anlaufverluste, anlegbare Fernwärmepreise.

Die Wärmeerzeugungs- und Verteilungsanlagen für den Siedlungs- und Gewerbebereich sollen im Interesse wirtschaftlicher Wärmepreise - entsprechend der Änderung der technischen Regelwerke im Bereich des Gerätesicherheitsgesetzes und der Betriebssicherheitsverordnung vom 28.09.2002 - nicht dem Erlaubnisvorbehalt unterliegen und daher keine höheren Temperaturen als 110°C (Begrenzungstemperatur) aufweisen.


Anwendungsbeispiele für Nahwärmenetze

- NATO airbase Fuerstenfeldbruck
Reorganisation/restoration of district heating distribution
- Herrenbachstrasse/Berliner Allee, Augsburg (234 flats)
Residential estate modernisation
- Video Helmholtz Center Munich Neuherberg
Gas turbine block heat and power plant for combined heat, cooling and power (CHCP) trigeneration
- Housing estate Terofalstrasse 3+5, Munich (110 flats)
Heating installation modernisation using condensing boiler technology
- Officials' school Herrsching
Modernisation of technical equipment of the building
- Helmholtz Center Munich Neuherberg
Partial district heating coverage north-east
- DASA Ottobrunn, Werk Mitte
Modernisation of centralised district cooling supply and local heat network

Optimale Auslegung des Fernwärmenetzes

Für die Bemessung der Rohrleitungsquerschnitte des Verteilungsnetzes sind die Heizwassertransportmenge im Auslegungsfall für den zugrunde gelegten Endausbau des Versorgungsgebietes und das Ergebnis einer Optimierung mit dem Ziel, die Jahreskosten der Wärmeverteilung zu minimieren, die maßgebenden Kriterien.

Werkstoffe für Fernwärmeverteilungsrohre

Kunststoffverbundmantelrohre (KMR) sind die am häufigsten eingesetzten Fernwärmeverteilungsrohre, da ihre hohe Druck- und beträchtliche Temperaturbeständigkeit (bis 130°C) den Einsatz in den hier genannten Nahwärmenetzen ermöglicht. Eine kostengünstige "Kaltverlegung" in Rohrgräben, bei welcher die Dehnung der warmgehenden Rohrleitung nach Inbetriebnahme über der Streckgrenze des Rohrwerkstoffes toleriert wird, ist bei dem KMR-Fernwärmerohr möglich. Die Verbindung der KMR erfolgt durch Schweißen der einzelnen Rohrstangen im Rohrgraben. Für die Verbindung der Mantelrohre stehen spezielle Muffenverbindungen zur Verfügung. Der Anschluß von Hausanschlußleitungen erfolgt durch eingeschweißte T-Stücke. Fernwärmeleitungen mit KMR haben sich bewährt und sind für die hier angesprochenen Einsatzfälle ohne Einschränkung geeignet.


Ein kostengünstigeres, selbstkompensierendes Fernwärmesystem mit allerdings engeren Einsatzgrenzen (bis 90°C und 6 bar) und Nennweiten bis DN 110 sind flexible Kunststoffmantelrohre.

Ebenfalls selbstkompensierend, jedoch mit größeren Einsatzgrenzen (bis 130°C, 16 bar) sind die vergleichsweise teuereren, flexiblen Metallmediumrohre. Bei den beiden zuletzt genannten flexiblen Verlegesystemen, welche ebenfalls im Rohrgraben verlegt werden, sind im Vergleich zur KMR-Verlegung beträchtliche Kosteneinsparungen bei der Rohrverlegung zu erzielen.


Auskopplung und Verteilung von Gebrauchsenergie aus Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) im industriellen Bereich

Die Anforderungsprofile der Gebrauchsenergieversorgung durch KWK für den kommunalen bzw. den industriellen Bereich unterscheiden sich wesentlich im Temperaturniveau und in der Art des Wärmeträgers. Während Wärme zu Raumheizzwecken auf dem Temperaturniveau zwischen 90°C bis 110°C ausgekoppelt wird, kann die Temperatur und der Systemdruck der abgegebenen Wärme für verfahrenstechnische Anwendung deutlich darüber liegen. Die untere Grenze des Heizwassertemperaturbereichs zur Auskopplung von Wärme aus Verbrennungsmotorenanlagen liegt beim Eintritt in die Wärmetauscher der Schmieröl- und Wasserkühlkreisläufe normalgekühlter Motoren bei 60°C bis 70°C, beim Austritt bei ca. 90°C. Aus den Motorkühlkreisläufen werden ca. 45% der Wärme und aus dem Abgas ca. 55% der Wärme ausgekoppelt, so daß - konstante Heizwasserströme vorausgesetzt - am Abgaswärmetauscher Austrittstemperaturen von 130°C bis 140°C erreichbar sind. Dieses Heißwassertemperaturniveau ist selbst für Fernwärmenetze und den thermischen Antrieb von Absorptionskältemaschinen gut geeignet. An das Temperaturniveau von Prozeßwärme für industrielle Anwendung werden jedoch oft höhere Anforderungen gestellt.

Dies kann im KWK-Bereich durch Einsatz von Dampf- oder Gasturbinen erreicht werden. Bei Gasturbinen wird bei der Wärmeauskopplung aus dem 450°C bis 550°C heißen Turbinenabgas das höchste Temperaturniveau der KWK-Prozesse erreicht. Hier ist die ausgekoppelte Wärme im Vergleich zur Stromerzeugung exergiereicher.

Roegelein Ingenieure können auf eine für ein Forschungsinstitut geplante und planungsgemäß ausgeführte Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungsanlage (KWKK) mit Gasturbinen verweisen.

Aus dem Turbinenabgas wird mit dem Wärmeträger Heißwasser Prozeßwärme mit der Temperatur 155°C und Nahwärme für Gebäudeheizungen und RLT-Anlagen im Temperaturbereich zwischen 80°C und 120°C ausgekoppelt.
Die Besonderheit des Versorgungskonzeptes liegt darin, daß die Prozeßwärme nicht in Form von Hochdruckdampf, sondern mit dem Gebrauchsenergieträger Heißwasser ausgekoppelt wird und zu den in Verbrauchernähe gelegenen HD-Dampferzeugern und thermisch angetriebenen Absorptionskältemaschinen geführt wird. Durch die serielle Schaltung der Heißwasserkreisläufe von verbrauchsnahen Dampferzeugern, Absorptionskältemaschinen, Gebäudeheizungen und Gebrauchswassererwärmungen, wird eine Auskühlung des Gebrauchsenergieträgers Heißwasser von 155°C auf ca. 90°C erreicht. Dies ist die Voraussetzung für die exergetisch günstige Auskopplung aus dem Gasturbinenprozeß.
Das Heißwasserverteilungsnetz ist hauptsächlich innerhalb der Gebäude und in Rohrgängen installiert.

Der Betrieb einer Heißwassernahwärmeleitung ist kostengünstiger und sicherer als der eines vergleichbaren Netzes für Dampf- und Kondensatkreislauf.


Fernkältenetze

Klimakälte kann nicht immer am Ort des Bedarfs erzeugt und bereitgestellt werden, weil die erforderlichen Funktionsflächen nicht vorhanden sind oder weil der Lärmschutz dies verbietet. Oft sind die erforderlichen Endenergien Strom oder die thermische Antriebsenergie aus einer entfernt liegenden Kraft-Wärme-Kopplungsanlage nicht verfügbar. Zur Übertragung der Klimakälte in Form von Kaltwasser von einer Kältezentrale zu den über ein Versorgungsgebiet verteilten Gebäuden mit Anlagen zur Klimatisierung sind Fernkälteleitungen erforderlich.

Roegelein Ingenieure haben aufgrund von realisierten Fernkältenetzen weitreichende Erfahrung in der hydraulischen Bemessung von Pumpen, Systemdruckhaltungen, Rohrleitungen und Übergabestationen.


Anwendungsbeispiele für Fernkältenetze

- Video Munich Airport Franz Josef Strauss
Provisioning of district heating, cooling and gas for Terminal 2 and luggage sorting facility
- Video Munich Airport Franz Josef Strauss
Construction of a temporary district cooling station (TKZ) for Terminal 2 and luggage sorting facility
- Munich Airport Franz Josef Strauss
Hydraulic integration of a Single Effect Double Lift (SEDL) absorption refrigerator into the airport's supply station ("Versorgungszentrale")
- DASA Ottobrunn, Werk Mitte
Modernisation of centralised district cooling supply and local heat network
- Munich Airport Franz Josef Strauss
Provisioning of district heating, cooling and gas, transfer stations
- Munich Airport Franz Josef Strauss
Centralized generation of district heating / cooling in the supply station ("Versorgungszentrale")



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