Anergienetze, ausgelegt und verglichen nach Kosten und CO₂.
Bei Anergienetzen, kalten Wärmeverbunden und thermischen Netzen der 5. Generation (5GDHC) entscheidet alles an der Quellenwahl, der Netztemperatur und daran, wie sich Heizen und Kühlen dieselben Leitungen teilen. Sympheny bringt alle drei in eine Optimierung, damit das Konzept vor dem Finanzierungsentscheid auf belastbaren Zahlen steht.
Jede optimierte Anergienetz-Variante auf Kosten gegen CO₂ aufgetragen, aus einem einzigen Projekt.
Warum Netze mit Umweltwärme schwer gut zu planen sind.
Die Quelle entscheidet alles, und sie ist lokal
Grundwasser, Fluss- oder Seewasser, Abwasser, Abwärme, Erdsonden. Welche Quellen verfügbar sind, ihre saisonalen Grenzen und ihre Temperaturen sind standortabhängig und bestimmen, was ein Anergienetz überhaupt leisten kann. Stimmt die Quellenbeurteilung nicht, steht der Rest des Konzepts auf Sand.
Heizen und Kühlen müssen zusammen geplant werden
Ein 5GDHC-Verbund läuft nahe der Erdtemperatur, also kann dasselbe Netz gleichzeitig heizen und kühlen und Wärme zwischen Gebäuden zurückgewinnen. Genau das ist der Sinn, und genau das macht die Auslegung von Hand schwierig: Lastprofile, Gleichzeitigkeit und Speicher greifen über das ganze Jahr ineinander.
Tabellen halten die Zielkonflikte nicht aus
Netztemperatur, Quellenmix, dezentrale Wärmepumpen und Saisonspeicher wirken bei Kosten und CO₂ gegeneinander. Ein paar Varianten von Hand zu rechnen verfehlt die wirklich beste Lösung, und Geldgeber wollen zunehmend den Vergleich sehen, nicht nur das Ergebnis.
Quellen, Netz und Architektur in einer Optimierung.
Sympheny modelliert den Anergie-Verbund, die Wärmequellen und die Technik auf Gebäudeebene als ein Multi-Energie-System und optimiert das Ganze in stündlicher Auflösung. Der Vergleich ist stimmig, weil er aus einem Modell kommt und nicht aus drei zusammengesetzten Studien.
Das Netz ist Teil des Modells, keine Annahme.
Definieren Sie Hubs (Gebäude, Areale oder Übergabestationen) und zeichnen Sie den Anergie-Verbund dazwischen auf einer echten GIS-Karte, mit Wärmeverlust und Kosten pro Meter. Weil der Verbund nahe der Erdtemperatur läuft, erfasst das Modell die geringen Verluste, die 5GDHC attraktiv machen, und die Trassenkosten fliessen direkt in den Technologievergleich.
- Anergie-, Niedertemperatur- und konventionelle Netztypen zwischen denselben Hubs modelliert
- Netzlänge und Trassenkosten direkt von der GIS-Karte gemessen
- Bidirektionaler Wärmeaustausch zwischen Gebäuden in der Energiebilanz abgebildet
Jede Umweltwärmequelle als Kandidat bewertet.
Grundwasser, Fluss- und Seewasser, Abwasser, Abwärme aus Rechenzentren und Industrie sowie Erdsondenfelder gehen als Kandidaten in dieselbe Optimierung ein, jeweils mit saisonaler Verfügbarkeit und Temperatur. Dezentrale Wärmepumpen heben den Verbund auf die nötige Temperatur, modelliert mit saisonalen JAZ-Profilen, damit die Winterleistung real ist und keine Jahreskennzahl.
- Grundwasser, Oberflächenwasser, Abwasser, Abwärme und Erdsonden als Quellen-Kandidaten
- Saisonale Ressourcengrenzen berücksichtigt, damit die Optimierung physikalisch ehrlich bleibt
- Leistungsprofile dezentraler Wärmepumpen, Monat für Monat
Anergie-Verbund, Niedertemperatur oder konventionell. Die Optimierung entscheidet.
Statt die Netztemperatur vor Modellierungsbeginn festzulegen, definieren Sie die Optionen als Kandidaten zwischen denselben Hubs. Die Optimierung wägt einen Anergie-Verbund gegen ein Niedertemperatur- oder konventionelles Netz ab, bei Kosten und CO₂ gemeinsam mit Quellenmix und Speicher. Sie erhalten die Antwort samt dargestelltem Zielkonflikt, nicht eine weitere zu verteidigende Annahme.
- Anergie- (5GDHC), Niedertemperatur- und konventionelle Architekturen im selben Projekt
- Saison- und Kurzzeitspeicher, inklusive Erdsonden, von der Optimierung dimensioniert
- Heizen und Kühlen über ein volles Referenzjahr gemeinsam aufgelöst
Pareto-Vergleiche von Kosten und CO₂, die Ihre Stakeholder lesen können.
Jede Variante, die die Optimierung prüft, landet auf einer Pareto-Front: Lebenszykluskosten gegen CO₂. Die günstigste Lösung, die CO₂-ärmste Lösung und die Zwischenstufen, alles aus einem Projekt. Jahresdauerlinien, Sankey-Flüsse und Stundenprofile stehen daneben, und die zugrunde liegenden Daten lassen sich für den Business Case nach Excel exportieren.
- Pareto-Front über alle optimierten Anergienetz-Szenarien
- Stündliche Auflösung über ein volles Referenzjahr, Heizen und Kühlen
- Präsentationsreife Grafiken und ein Excel-Export der zugrunde liegenden Zahlen
Für die Budgetverantwortlichen heisst das: ein belastbares Konzept früher. Der Zielkonflikt zwischen Kosten und CO₂ ist quantifiziert, bevor Verpflichtungen eingegangen werden, und die Ingenieure verbringen ihre Zeit mit dem Urteil statt mit dem Neuaufbau von Tabellen. Im Konzept Insel-Holligen kamen ewb und Eicher+Pauli in einem Arbeitsablauf zu einem dimensionierten Niedertemperatur-Konzept und einer Robustheitsprüfung über mehr als 30 mögliche Zukünfte.
Sympheny deckt Machbarkeit und Konzeptplanung ab: die Phase, in der Quellenmix, Netztemperatur, Speicher und Business Case festgelegt werden. Steht das Konzept, ist die hydraulische Detailplanung (Rohrdimensionierung, Druck- und Strömungsberechnung) ein eigener Schritt in dafür gebauten Werkzeugen. Das meiste, was über die Finanzierung eines Anergienetzes entscheidet, geschieht vor dieser Phase.
Bewährt bei Anergie- und Niedertemperaturnetzen.
Ein Niedertemperatur-Wärmenetz, gespeist aus Fluss- und Grundwasser, über sechs Energie-Hubs dimensioniert und gegen mehr als 30 Preis- und Bedarfsszenarien für das Areal Insel-Holligen geprüft.
Fallstudie lesen26 Gebäude als ein Mehrtemperatur-System modelliert, mit Niedertemperaturquellen für die Wärmepumpen und saisonalem Erdsondenspeicher, validiert für das klimaneutrale Konzept 2030 des Campus.
Fallstudie lesenEine stadtweite Versorgungsstrategie, die zeigt: ein CO₂-freies System ist zu ähnlichen Lebenszykluskosten erreichbar wie das bestehende fossile, mit Umweltwärme und erneuerbaren Quellen im Mix.
Fallstudie lesenWarum ein Optimierungsmodell statt einer weiteren Tabelle.
Anergienetze sind ein Multi-Energie- und Mehrtemperatur-Problem. Die Werkzeuge, zu denen die meisten Teams greifen, wurden für etwas Engeres gebaut.
Gegenüber Tabellen
Eine Tabelle kann eine Konfiguration dimensionieren. Sie kann nicht Quellenmix, Netztemperatur, Speicher und Gebäudetechnik gemeinsam durchsuchen und einem Geldgeber nicht den Zielkonflikt zwischen Kosten und CO₂ über den ganzen Lösungsraum zeigen.
Gegenüber Einzelenergie-Desktoptools
Werkzeuge, die ein Wärmenetz oder eine Wärmepumpe isoliert dimensionieren, verfehlen den Sinn von 5GDHC, wo Heizen, Kühlen und Wärmerückgewinnung zwischen Gebäuden eine Bilanz sind. Sympheny optimiert Strom, Wärme und Kälte gemeinsam.
Gegenüber dem Eigenbau aus Forschungscode
Die Optimierung stammt aus einem Jahrzehnt Forschung an Empa und im ETH-Bereich, bereits als Cloud-Plattform mit GIS, Szenarienvergleich und präsentationsreifen Ergebnissen verpackt. Sie erhalten die Methode, ohne selbst einen Solver zu pflegen.
Anergienetze und 5GDHC, erklärt.
Was ist ein Anergienetz?
Ein Anergienetz ist ein thermisches Netz, das Wärme auf sehr niedrigem, erdnahem Temperaturniveau verteilt. Jedes angeschlossene Gebäude hebt die Versorgung mit einer eigenen Wärmepumpe auf die benötigte Temperatur. Weil der Verbund nahe der Umgebungstemperatur läuft, sind die Verteilverluste minimal, und dasselbe Netz kann Wärme von kühlenden zu heizenden Gebäuden verschieben. «Anergienetz» ist der in der Schweiz übliche Begriff; andernorts heisst dieselbe Idee kalte Nahwärme, kalter Wärmeverbund oder thermisches Netz der 5. Generation (5GDHC).
Worin unterscheidet sich 5GDHC von konventioneller Fernwärme?
Konventionelle Fernwärme (1. bis 4. Generation) liefert Wärme auf festem, höherem Temperaturniveau aus einer Zentrale und kann nur heizen. Ein 5GDHC- oder Anergienetz läuft nahe der Erdtemperatur und ist bidirektional: Gebäude entnehmen über lokale Wärmepumpen Wärme oder geben sie ab, und die Abwärme aus der Kühlung eines Gebäudes kann ein anderes beheizen. Damit eignet sich 5GDHC für gemischte Areale mit Heiz- und Kühlbedarf und für erneuerbare Quellen sowie Abwärme auf niedrigem Niveau.
Welche Wärmequellen eignen sich für ein Anergienetz?
Lokal verfügbare Quellen auf niedrigem Temperaturniveau: Grundwasser, Fluss- und Seewasser, gereinigtes Abwasser, Abwärme aus Rechenzentren oder Industrie sowie das Erdreich über Erdsondenfelder. Der richtige Mix hängt davon ab, was der Standort bietet, und von der saisonalen Verfügbarkeit und Temperatur jeder Quelle. Sympheny modelliert diese als Quellen-Kandidaten in der Optimierung, sodass Quellenbeurteilung und Netzauslegung gemeinsam und nicht nacheinander entschieden werden.
Kann dasselbe Netz heizen und kühlen?
Ja, und das ist einer der Hauptgründe für ein Anergienetz. Weil der Verbund nahe der Erdtemperatur liegt, gibt ein zu kühlendes Gebäude Wärme in den Verbund ab, während ein zu heizendes Gebäude Wärme entnimmt. So gewinnt das Netz Wärme zwischen Gebäuden zurück, statt sie zu verschwenden. Das gut auszulegen heisst, Heiz- und Kühlbedarf gemeinsam über ein volles Jahr zu modellieren, was Sympheny in stündlicher Auflösung tut.
Was kostet ein Anergienetz?
Die Kosten hängen vom verfügbaren Quellenmix, der Wärmedichte des Areals, der Netztemperatur und den dezentralen Wärmepumpen ab, daher kommt eine belastbare Zahl aus der Berechnung des konkreten Projekts und nicht aus einer Faustregel. Höheren Anfangsinvestitionen in Quellen, Netz und Wärmepumpen stehen niedrige Betriebskosten und minimale Verteilverluste gegenüber. Sympheny dimensioniert das System, berechnet die Investitionskosten aus der Netzlänge und gibt die Lebenszykluskosten je Szenario aus, sodass Varianten auf derselben Basis verglichen werden.
Welche Vor- und Nachteile hat ein Anergienetz?
Vorteile sind sehr geringe Verteilverluste, gleichzeitiges Heizen und Kühlen über dasselbe Netz, die Rückgewinnung von Abwärme zwischen Gebäuden und die Einbindung erneuerbarer Niedertemperaturquellen wie Grundwasser, Abwasser oder Erdreich. Nachteile sind höhere Anfangsinvestitionen, eine Wärmepumpe je Gebäude, ein steigender Strombedarf und die Voraussetzung ausreichender Wärmedichte und geeigneter lokaler Quellen. Ob die Vorteile überwiegen, lässt sich nur am konkreten Standort beurteilen, und genau dafür rechnet Sympheny die Varianten gegen Kosten und CO₂ durch.
Sehen Sie Ihre Anergienetz-Optionen verglichen, bevor Sie sich festlegen.
Bringen Sie einen Standort in eine Demo und sehen Sie, wie Quellen, Netztemperaturen und Kosten in einem Modell verglichen werden.
