Bewertung von Abwärmenutzung

Im Rahmen einer Masterarbeit [1] am Institut für Gebäude- und Energiesysteme (IGE) der Hochschule Biberach wurde die Abwärmenutzung aus der Kälteversorgung eines Lebensmittellogistik-Unternehmens für die netzgebundene Wärmeversorgung eines Neubaugebiets untersucht.

In der Planungsphase des Wärmenetzes wurden verschiedene Temperaturniveaus in Erwägung gezogen. Während bei der betrachteten Kälte-Wärme-Kopplung eine Abwärmeeinspeisung bei einem Vorlauftemperaturniveau von 20 °C für den Betreiber der Kühlanlagen keine Nachteile mit sich bringt, ist eine Vorlauftemperatur von 60 °C im Wärmenetz mit einem deutlich erhöhten Stromverbrauch der Kälteanlagen verbunden. Eine neue Kennzahl ermöglicht es, den Einfluss der Versorgungstemperatur des Wärmenetzes auf die Effizienz der Kälte-Wärme-Kopplung zu bewerten und eine faire Kosten- und Emissionsverteilung im Sinne einer gesamtenergetischen Optimierung zu erreichen.

Temperaturniveaus und die Integration von Wärmequellen

Der Ausbau von Fern- und Nahwärmesystemen ist ein wesentlicher Baustein für das Gelingen der Wärmewende. Voraussetzung ist der Betrieb mit erneuerbarer Energie. Der Anteil erneuerbarer Energie in der Fernwärme lag im Jahr 2023 bei lediglich 24,2 % [2], wobei umstrittene Energieträger wie Holz, Klärschlamm und Müll bereits mit einbezogen sind. Daher muss zukünftig die Nutzung von Abwärme und der Einsatz von Wärmepumpen in Verbindung mit Wärmenetzen vorangetrieben werden.

Die Nutzbarkeit und Effizienz von Wärmequellen werden stark durch die Vor- und Rücklauftemperaturen der Wärmenetze bestimmt. Dies zeigt sich, wie in Abb. 1 dargestellt, schon in der geschichtlichen Entwicklung der Wärmenetze, gilt aber insbesondere für die zukünftige Einbindung regenerativer Energieträger.

Die Diskussion über Temperaturniveaus findet sich auch in den heutigen Definitionen von Wärmenetzen wieder. Während Wärmenetze der vierten Generation in der Regel von einer netzzentralen Wärmeerzeugung und der Bereitstellung eines ausreichend hohen Temperaturniveaus zur direkten Gebäudebeheizung und Warmwasserbereitung ausgehen (60 °C), nimmt die Bedeutung von Wärmenetzen der fünften Generation in der Diskussion derzeit stark zu. Wärmenetze der fünften Generation zeichnen sich durch ein Temperaturniveau nahe der Untergrundtemperatur aus (etwa 10 °C bis 20 °C in Abhängigkeit von der Wärmequelle) und sind damit zur direkten Beheizung nicht geeignet. Dieses niedrige Temperaturniveau ermöglicht aber ein einfaches und umfangreiches Einbinden von erneuerbaren Wärmequellen (z. B. Grundwasser und niedertemperierter Abwärme). Der erforderliche Temperaturhub zur Beheizung erfolgt in der Regel mit dezentralen Wasser-Wasser-Wärmepumpen.

Ob eine zentrale Erwärmung (vierte Generation) oder ein dezentrales Aufheizen (fünfte Generation) sinnvoller ist, hängt im Wesentlichen von den Wärmeverlusten sowie den Effizienzen der jeweiligen Wärmepumpen ab – und damit entscheidend von den unterschiedlichen Temperaturniveaus.

Nachfolgend wird eine Methode vorgestellt, die den zusätzlich erforderlichen Strombedarf bewertet, um die Abwärme – hier aus Kälteanlagen – nutzbar zu machen (Exergetisierung).

Von Prof. Dr.-Ing. Alexander Floß, Institut für Gebäude- und Energiesysteme (IGE) der Hochschule Biberach, und M.Sc. Nikolaus Wechs, Ingenieurbüro Hausladen GmbH

Lesen Sie den vollständigen Beitrag in kälte · luft & klima Ausgabe 3/2026