Wärmeversorgung: In Zukunft feuerfrei

Freiburg-Dietenbach im Modell: Ein Energiekonzept belegt, dass eine klimaneutrale Energieversorgung möglich ist. - Abb.: Büro Wessendorf

Neubaugebiete sollen möglichst klimaneutral und zugleich kostengünstig mit Strom, Wärme und Mobilität versorgt werden. Wie das gelingt, zeigt beispielhaft das Konzept der Energieversorgung für den Freiburger Stadtteil Dietenbach. Dort wurde ein sogenanntes kaltes Nahwärmenetz entwickelt.

Nach den Plänen der Bundesregierung sollen bis 2021 in Deutschland 1,5 Millionen neue Wohnungen entstehen. Dementsprechend planen aktuell Städte und Gemeinden zahlreiche neue Wohnbaugebiete. Dabei legen sie heute fest, wie stark die Energieversorgung des Neubaugebiets das Klima in den kommenden rund 50 Jahren belasten wird. Spätere Änderungen sind entweder gar nicht oder nur zu hohen Kosten möglich.

Deshalb suchen viele Kommunen und Stadtplaner nach Lösungen für eine möglichst klimaneutrale (s. Info unten) und zugleich kostengünstige Versorgung mit Strom, Wärme und Mobilität. Dass dies möglich ist, selbst für ganze Stadtteile, zeigt ein Energiekonzept für Freiburg-Dietenbach. In dem neuen Stadtteil sollen ab etwa 2024 Wohnungen, Schulen und Gewerbegebäude für rund 15.000 Menschen entstehen.

Welche Quellen kommen für eine klimaneutrale Wärmeversorgung in Frage? Erdgas scheidet als fossiler Brennstoff aufgrund seiner hohen CO2-Emissionen aus, auch für die Nutzung in einem Blockheizkraftwerk (BKHW). Bleiben Holz, Abwärme und natürliche Wärmequellen.

Holz wird häufig als klimaneutraler Energieträger betrachtet, denn die CO2-Emissionen werden ja vorab durch Bäume dem natürlichen Kreislauf entzogen, so die Logik. Tatsächlich entstehen aber durch die Holzverbrennung vor Ort knapp doppelt so hohe CO2-Emissionen wie zum Beispiel durch Erdgas. Klimaneutralität wäre daher nur gegeben, wenn die CO2-Emissionen in den nächsten Jahrzehnten durch Aufforstung wieder gebunden werden. Dies kann aber niemand garantieren.

Auch müssen wir bis 2030 die CO2-Emissionen um mindestens rund die Hälfte reduzieren, um die Pariser Klimaziele zu erreichen. Daher könnte eine CO2-Bindung über Jahrzehnte hinweg zwar langfristig klimaneutral sein, kurzfristig müssen die CO2-Emissionen der Holzverbrennung jedoch bei der Klimabilanz voll angerechnet werden.

Holzverbrennung in Neubaugebieten ist aber auch aufgrund eines weiteren Aspekts problematisch. Denn mit einer Holzverbrennung werden heiße Wärmenetze mit einer Vorlauftemperatur von 60 bis 80 Grad Celsius geplant. Entsprechend werden auch die Heizungssysteme der neuen Gebäude auf hohe Vorlauftemperaturen ausgelegt. Eine spätere Umstellung auf niedrigere Vorlauftemperaturen ist gar nicht oder nur mit hohen Kosten möglich. Damit sind die künftigen Eigentümer auf Jahrzehnte hinaus an Verbrennungstechnologien gebunden und haben keine Chance auf eine effektiv CO2-freie Energieversorgung.

Sinnvoller ist es daher, bei Neubaugebieten Holz lediglich als Baustoff zu nutzen. Denn hierdurch wird langfristig CO2 der Umwelt entzogen. Die anfallenden Holzabfälle und -reste können für die Beheizung von Bestandsgebäuden genutzt werden. Denn diese sind auf hohe Vorlauftemperatur von Verbrennungstechnologien angewiesen und können nur mit relativ hohen Kosten auf CO2-freie Niedertemperaturwärme umgebaut werden.

Somit bleiben für eine klimaneutrale Wärmeversorgung nur noch „kalte“ Wärmequellen übrig, die feuerfrei, also ohne Verbrennung genutzt werden können. In Dietenbach sind dies Erdwärme, Umweltwärme und Abwärme. Erdwärme kann durch Erdsonden, Erdkollektoren oder durch das Grundwasser dem Erdreich entzogen werden. Umweltwärme stellen solarthermische Kollektoren bereit, die auf Dächern, Fassaden und auf einer Lärmschutzwand installiert werden. Das größte Wärmepotenzial in Dietenbach bietet jedoch die Abwärme eines großen Abwasserkanals, der in unmittelbarer Nähe des Neubaugebiets vorbeiführt.

Sole-Wasser-Wärmepumpen

Alle verfügbaren Wärmequellen zusammen bieten deutlich mehr Wärme als Dietenbach benötigt, allerdings auf einem niedrigen Temperaturniveau von nur fünf bis 15 Grad Celsius. Für die direkte Beheizung der Gebäude sind sie nicht geeignet. Daher werden sie durch ein „kaltes Nahwärmenetz“ gesammelt und an die Gebäude des Stadtteils verteilt. Sole-Wasser-Wärmepumpen in den Gebäuden bringen diese Wärme mithilfe von elektrischer Energie auf ein höheres Temperaturniveau und stellen Heizungswasser mit etwa 30 Grad Celsius und Warmwasser mit 50 bis 60 Grad Celsius bereit.

Die Sole-Wasser-Wärmepumpen benötigen hierfür deutlich weniger Strom als die sonst üblichen Luft-Wasser-Wärmepumpen. Denn während Luft-Wasser-Wärmepumpen ihre Quellenergie im Winter aus der kalten Außenluft entziehen und dabei einen Temperaturhub von maximal 42 Kelvin (-12 °C auf 30 °C) bewältigen müssen, muss eine Sole-Wasser-Wärmepumpe, die an ein kaltes Nahwärmenetz angeschlossen ist, nur einen Temperaturhub von 25 Kelvin (ca. 5 °C auf 30 °C) leisten. Dadurch können bis zu 40 Prozent des Strombedarfs eingespart werden.

Eine klimaneutrale Wärmeversorgung ist damit möglich. Doch wie kann der erforderliche Strombedarf des Stadtteils (Wärmestrom für die Wärmepumpen, Nutzstrom für die Gebäude, Ladestrom für die Elektromobilität) klimaneutral vor Ort erzeugt werden? Wie die vier Energiekonzepte für Dietenbach zeigen, ist dies bei einer guten städtebaulichen Planung und bei einer konsequenten Nutzung der Dächer und der Gebäudefassaden mit Fotovoltaikanlagen durchaus möglich. Sogenannte fotovoltaisch-thermische Kollektoren (PVT) erlauben die dreifache Nutzung der Dachflächen für die Erzeugung von Sonnenstrom, für die Gewinnung von solarer Umweltwärme sowie für die Dachbegrünung.

Dietenbach hat Signalwirkung

Damit hat Dietenbach eine hohe Signalwirkung. Denn wenn die klimaneutrale Energieversorgung für einen Stadtteil mit einer hohen Bebauungsdichte möglich ist, dann erst recht für Quartiere und Neubaugebiete mit einer weniger dichten Bebauung mit Ein- und Mehrfamilienhäusern. Denn eine der möglichen kalten Wärmequellen ist immer vor Ort verfügbar. Und Wärmepumpen, Fotovoltaikanlagen und eventuell notwendige Wärmespeicher sind vom Einfamilienhaus bis zum Stadtteil durchgängig skalierbar. Einen aktuellen Beleg hierfür bietet das Neubaugebiet „Am Bergle“ mit 83 Wohneinheiten der Gemeinde Schlier nördlich von Ravensburg. Hier hat der Gemeinderat einstimmig eine klimaneutrale Energieversorgung beauftragt, und zwar mit Erdwärme, einem kalten Nahwärmenetz sowie Fotovoltaikanlagen.

Die künftigen Eigentümer profitieren dann nicht nur von einer CO2-freien Energieversorgung. Denn statt wie bisher von der Börse und internationalen Märkten abhängig zu sein, wird 100 Prozent des Energiebedarfs regenerativ vor Ort erzeugt und nur noch rund 20 Prozent saisonal mit der Region ausgetauscht. Damit genießen die künftigen Eigentümer eine weitgehend unabhängige und langfristig sehr kostenstabile Energieversorgung. Angesichts der drastisch steigenden Baukosten ein sicherlich nicht ganz unbedeutender Vorteil.

Harald Schäffler

Der Autor
Harald Schäffler ist Geschäftsführer des Beratungsunternehmens Schäffler Sinnogy in Freiburg

Teil 2: Im zweiten Teil des Beitrags werden sieben Schritte erläutert, mit denen das Energiekonzept für ein klimaneutrales Neubaugebiets erstellt wird weiterlesen

Info: Was ist klimaneutral?

Grundlage für die Klimaneutralität eines Neubaugebiets sind zunächst die Regeln für die Bilanzierung der CO2-Emissionen. Hierfür wird eine „virtuelle“ Bilanzierungsgrenze um das Baugebiet gezogen und festgelegt, dass alle importierten Energieträger wie Strom, Erdgas und Holz mit den aktuellen oder prognostizierten CO2-Emissionsfaktoren multipliziert werden müssen.

Der Strombezug aus dem öffentlichen Netz wird dabei unabhängig davon, aus welcher Quelle der Strom bezogen wird, mit dem durchschnittlichen CO2-Mix des öffentlichen Netzes bewertet. Diese Regel verhindert, dass Klimaneutralität etwa durch den Import von Strom aus Wasserkraft aus Norwegen oder Österreich erreicht wird.

Um Klimaneutralität sicherzustellen, muss der Strombedarf lokal möglichst ohne CO2-Emissionen erzeugt werden. Ein Stromüberschuss, zum Beispiel von Fotovoltaikanlagen im Sommer, der ins Netz exportiert wird, kann allerdings mit dem Stromimport im Winter verrechnet werden.

Weitere Informationen und Video-Tutorials zum Thema bietet die Webseite www.klimaneutrale-energiekonzepte.de unseres Autors Harald Schäffler.