Während Fernwärmenetze warmes Wasser durch Leitungen fördern, fließt in einem Fernkältenetz kaltes Wasser. Dieses lässt sich an Übergabestationen für die Gebäude- oder Prozessklimatisierung nutzen, ohne eigene Kühlaggregate zu betreiben. Die Kälteerzeugung erfolgt dabei zentral, was aus ökologischer Perspektive günstig ist. Doch welche Systeme kommen dabei zum Einsatz? Wie steht es um die Kosten und was passiert, wenn die Fernkälte einmal ausfällt?
Deutsche-Thermo gibt Antworten und informiert über die Funktionsweise der Fernkälte. Außerdem geben wir einen günstigen Tipp, mit dem Betriebe die Kälteversorgung auch bei einer Störung im Fernkältenetz sicherstellen.
Die Themen im Überblick
- Fernkälte: Definition und Einsatzbereiche der Technik
- Funktion der Fernkälte von Erzeugung bis Übergabe
- Alternative: Absorptionskälteanlagen für Fernwärme
- Vor- und Nachteile der Fernkältenetze im Vergleich
- Preise und laufende Kosten der Fernkälte-Nutzung
- Fernkälte ausgefallen: Vorbeugende Tipps helfen
- FAQ: Häufig gestellte Fragen zu Fernkältenetzen
Fernkälte: Definition und Einsatzbereiche der Technik
Bei der Fernkälte sorgt eine zentrale Anlage für Kaltwasser, um mehreren Verbrauchern Wärme zu entziehen. Möglich ist das mit einem Fernkältenetz, in dem kaltes Wasser im Vorlauf zu den Anschlussnehmern strömt. Es erwärmt sich an sogenannten Übergabestationen und strömt daraufhin mit höheren Temperaturen zurück zur Kältezentrale. Hier sorgen große Speicher für einen gleichmäßigen und effizienten Betrieb und dafür, dass auch zu Spitzenzeiten, etwa an heißen Sommertagen, ausreichend Leistung bereitsteht.
Gebäude- und Prozessklimatisierung in Wohn- und Nichtwohnbauten
Mit Vorlauftemperaturen von 6 bis 10 Grad Celsius kommt die Fernkälte hauptsächlich zur Gebäude- oder Prozessklimatisierung infrage. Nutzer sind in der Regel die Betreiber von Wohn- oder Beherbergungsgebäuden (Hotels, Pflegeheime, Krankenhäuser), Museen oder Betrieben. Die Anschlussnehmer haben keine Auflagen durch Kältemittel in der eigenen Anlage. Sie zahlen deutlich weniger für Wartung sowie Instandhaltung und sparen am Platz, da die dezentralen Übergabestationen kompakter als eigene Kälte- und Klimalösungen sind.
Gemeinsame Kälteerzeugung als wirtschaftlicher und ökologischer Vorteil
Geht es bei der Nah- oder Fernwärme um die Wärmeerzeugung, führen Fernkältenetze thermische Energie verschiedener Gebäude gemeinsam ab. Einzelne Großanlagen ersetzen dabei den Betrieb vieler kleiner Kälteanlagen, was wirtschaftlich von Vorteil ist. Neben den Anschlussnehmern profitiert aber auch die Umwelt. So geht beispielsweise weniger Kältemittel verloren. Mit einem GWP (Global Warming Potential oder CO2-Äquivalent) von 1.430 spart der vermiedene Verlust von einem Kilogramm des Kältemittels R134a umgerechnet bereits 1,43 Tonnen CO2 ein.
Funktion der Fernkälte von Erzeugung bis Übergabe
Die Funktionsweise der Fernkältenetze basiert auf einem einfachen Prinzip: Zentrale Anlagen kühlen Wasser, welches optional in großen Speichern lagert und durch isolierte Leitungen zu den einzelnen Anschlussnehmern führt. Dort angekommen, strömt es in einer Übergabestation durch einen Wärmeübertrager. Dieser überträgt thermische Energie aus der Anlage auf das Kühlwasser der Fernkälte. Das Medium erwärmt sich dabei und strömt zurück zur Kältezentrale, welche die thermische Energie anschließend an die Umwelt abgibt. Die Funktionsweise der Fernkälte setzt damit auf folgende Hauptbestandteile:
- zentrale Kälteerzeugung
- Kaltwasser-/ Kältespeicher
- isolierte Fernkälteleitungen
- dezentrale Übergabestationen
Kälteerzeugung für Fernkältenetze setzt auf Ab- und Umweltwärme
Während konventionelle Kälte- und Klimalösungen in aller Regel auf energiehungrige Kompressionskälteanlagen setzen, kommen bei der Fernkälte ökologische Alternativen infrage. Typisch sind Umweltenergiequellen wie Grundwasseradern, Flüsse oder Seen. Aber auch Abwärme von Industrieanlagen, Kraftwerken oder Müllverbrennungsanlagen lässt sich einsetzen, um mithilfe von Absorptionskältemaschinen Kaltwasser zu erzeugen. Die folgende Tabelle erklärt, wie die einzelnen Lösungen funktionieren.
| Art der Kälteerzeugung | Funktionsweise der Fernkälte | Beispiele und Primärenergiefaktoren |
|---|---|---|
| Passive/ natürliche Kühlung | Bei der passiven oder natürlichen Kühlung strömt erwärmtes Kühlwasser in einem Wärmeübertrager an See-, Fluss- oder Grundwasser vorbei. Die Medien sind so kalt, dass sie thermische Energie des Kühlwassers aufnehmen. Dessen Temperatur sinkt dabei ohne zusätzliche Technik, was einen minimalen Primärenergieverbrauch zur Folge hat. Fernkälte mit passiver oder natürlicher Kühlung ist demnach ökologisch günstig und besonders nachhaltig einsetzbar. | In München versorgt ein über 22 Kilometer langes Fernkältenetz etwa 30 Einzelhandels-, Wohn- und Bürogebäude mit Kaltwasser. Die Kälteanlage hat eine Leistung von über 12 Megawatt. Sie setzt unter anderem auf Grund- sowie Bachwasser und erreicht einen Primärenergiefaktor von 0,36. |
| Kühlung mittels Absorption (Einsatz von Abwärme oder Solarthermie) | Absorptionskältemaschinen nutzen Abwärme, um Kaltwasser zu erzeugen. Dazu übertragen sie thermische Energie vom Kühlwasserrücklauf auf ein Kältemittel, welches dadurch verdampft. Eine Lösung nimmt diesen Dampf auf (Absorption), bevor sie von einer externen Wärmequelle erhitzt wird. Zum Einsatz kommt dabei zum Beispiel Solarwärme sowie Abwärme aus einem Kraftwerk, einer Müllverbrennung oder einem nahe gelegenen Industriegebiet, die zur Trennung von Lösung und Kältemittel führt. Während die regenerierte Lösung erneut Kältemitteldampf aufnehmen kann, überträgt das erhitzte und noch immer dampfförmige Kältemittel Wärme an die Umgebung. Es kondensiert, kühlt sich ab und der Kreislauf beginnt erneut. | Die Stadtwerke Chemnitz versorgen mehrere öffentliche Gebäude und Einkaufszentren über ein Fernkältenetz. Die Fernkälte erzeugen Absorptionsmaschinen mit Abwärme aus dem städtischen Heizkraftwerk, die zuvor ungenutzt in die Umwelt abgegeben wurde. Bei einer solchen Anlage spricht man auch von der sogenannten Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung. Der Primärenergiefaktor des Chemnitzer Fernkältenetzes liegt bei 0,916) |
| Kühlung mittels Kompression | Kompressionskälteanlagen übertragen thermische Energie ebenfalls auf ein Kältemittel, um dieses zu verdampfen und unter Einsatz von Strom zu verdichten. Das führt zu einem Temperaturanstieg und ermöglicht es, Wärme zuverlässig an die Umgebung abzugeben. Während das passiert, entspannt sich das Kältemittel. Es kühlt ab, nimmt seinen Ausgangszustand wieder ein und der Kreislauf beginnt von vorn. | Kompressionskälteanlagen sind Standard in der dezentralen Gebäudeklimatisierung. Mit konventionellem Netzstrom liegt der Primärenergiefaktor bei 1,8. |
Typisch für die Fernkälte sind sogenannte Hybridanlagen, welche die natürliche und maschinelle Kühlung kombinieren. Kompressionskältemaschinen arbeiten dabei teilweise als Spitzenlastkälteerzeuger, um kurzfristige Lastspitzen zuverlässig abzudecken.
Kältespeicher gleichen Differenzen in Angebot und Nachfrage aus
Wenn der Bedarf im Fernkältenetz schwankt oder an heißen Sommertagen große Lastspitzen abzudecken sind, schafft ein Kältespeicher Abhilfe. Dabei handelt es sich um einen großen, isolierten und mit Kaltwasser befüllten Behälter, mit dem sich die Leistung der Kälteerzeugung steigern lässt. Günstig ist der Speicher aber auch aus Effizienzgründen. Denn durch ihn laufen Kälteanlagen unabhängig vom Bedarf lange Zeit in einem günstigen Betriebsbereich. Das reduziert den Verschleiß, den Verbrauch und damit verbunden auch die CO2-Emission.
Ein Beispiel:
Im Chemnitzer Fernkältesystem sorgt ein 3.500 Kubikmeter (35.000 Liter) fassender Kältespeicher dafür, dass die Fernkälte auch an heißen Sommertagen auftretende Spitzenlasten zuverlässig abdeckt. Die Beladung beziehungsweise Kühlung des Speichers erfolgt teilweise in der Nacht, da die Kältemaschinen dann weniger ausgelastet sind. Ein Umstand, durch den sich Leistung, Verbrauch und Kosten senken lassen.
Fernkälteleitungen verteilen Kaltwasser beinahe ohne Wärmeverluste
Um die Fernkälte zu den Anschlussnehmern zu transportieren, kommen meist erdverlegte Rohrleitungen zum Einsatz. Diese verfügen über eine Isolierung, um das Aufheizen/Abkühlen des Wassers zu verhindern. Da die Unterschiede zur Umgebung bei Temperaturen von 6 bis 10 Grad Celsius im Vorlauf und 12 bis 16 Grad Celsius im Rücklauf sehr gering sind, arbeiten die Fernkälteleitungen nahezu verlustfrei. Ein Umstand, durch den die Fernkälte als sehr effizient gilt.
Übrigens:
Die Fernkälte lässt sich auch zum Heizen verwenden. Möglich ist das mit Wärmepumpen, die dem Kühlwasser thermische Energie entziehen. Sie arbeiten durch die konstant hohen Temperaturen sehr effizient und sorgen ganz nebenbei selbst für eine energiesparende Kälteerzeugung im Fernkältenetz.
Übergabestationen ersetzen einzelne Kälteanlagen der Verbraucher
Um die zentral erzeugte Kälte in einem Gebäude zur Kühlung nutzen zu können, sind sogenannte Übergabestationen erforderlich. Diese bestehen in der Regel aus einem Wärmeübertrager, in dem das Kühlmedium aus dem Netz am Kühlwasser aus dem Haus vorbei strömt. Beide Medien vermischen sich dabei nicht, übertragen aber thermische Energie. Das hat zur Folge, dass sich das Kühlwasser im Haus abkühlt, während die Temperatur des Mediums im Fernkältenetz steigt.
Neben dem indirekten Anschluss mittels Wärmeübertrager gibt es auch Übergabestationen für den direkten Anschluss. Dabei strömt das Kühlwasser der Fernkälte auch durch die Hausanlage – einen dazwischen geschalteten Wärmeübertrager gibt es nicht. Wann welche Fernkälte-Übergabestation zum Einsatz kommt, zeigt die folgende Übersicht:
Direkte Übergabestationen sind in Bezug auf die Kosten günstiger und immer dann geeignet, wenn Temperaturen und Druckwerte zur Hausanlage passen.
Indirekte Übergabestationen kommen durch die hydraulische Trennung in allen anderen Fällen infrage. Sie kosten zwar etwas mehr, sind dafür aber auch sicherer. Denn Störungen an einem Anschluss wirken sich nicht auf die gesamte Versorgung mit Fernkälte aus.
Welche Anforderungen an die Übergabestationen und den Fernkälte-Hausanschluss gestellt sind, zeigen die technischen Anschlussbedingungen der örtlichen Netzbetreiber.
Alternative: Absorptionskälteanlagen für Fernwärme
Neben der Fernkälte lässt sich übrigens auch die Fernwärme effizient zur Kälteerzeugung nutzen. Möglich ist das mit den oben beschriebenen Absorptionskältemaschinen. Diese nutzen thermische Energie aus dem Fernwärmenetz, um den Kühlprozess zu betreiben. Anders als bei der Fernkälte sind dazu allerdings an jedem Anschluss eigene Kältemaschinen erforderlich. Vorteile wie Effizienz- und Platzgewinne gehen damit verloren.
Vor- und Nachteile der Fernkältenetze im Vergleich
Die Fernkälte ist mit zahlreichen Vorteilen verbunden. So profitieren Anlagenbetreiber erst einmal von geringeren Anschaffungskosten. Denn Übergabestationen an die Fernkälte sind wesentlich günstiger als eigene Kälte- und Klimaanlagen. Hinzu kommt der Platz- und Komfortgewinn. Anschlussnehmer müssen sich um nichts kümmern. Sie haben sehr geringe Wartungs- sowie Instandhaltungskosten und keine Auflagen durch Kältemittel in der eigenen Anlage. Ein weiterer Vorteil liegt in der höheren Effizienz: Einige wenige Anlagen arbeiten in Summe wirtschaftlicher als viele Einzelanlagen. Sie verbrauchen weniger Energie und stoßen geringere Mengen CO2 aus. Setzt die Fernkälte auf natürliche Energiequellen wie Grund-, Brunnen- oder Seewasser, ist die Kälteerzeugung ökologisch sehr günstig. Der Primärenergiefaktor ist niedrig und der Betrieb nachhaltiger. In Städten und Ballungsgebieten, in denen die Fernkälte überwiegend zu finden ist, kommt es darüber hinaus zur geringeren Überhitzung. Diese entsteht, wenn viele kleine Kälte- und Klimaanlagen thermische Energie an die Luft abgeben.
Die wichtigsten Vorteile von Fernkälte:
geringere Kosten für Kühl- und Klimalösungen an einzelnen Anschlüssen
mehr Platz durch kompakte Übergabestationen an den Verbrauchsstellen
hoher Komfort, da viele Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten wegfallen
höhere Effizienz durch die zentrale Erzeugung von Kälte für Fernkältenetze
geringeres Aufheizen von Städten, da viele kleine Klimaanlagen wegfallen
Nachteile und Risiken bei der Nutzung von Fernkälte in Städten
Fernkälte hat aber nicht nur Vorteile. So können die Preise im Betrieb höher ausfallen und Anschlussnehmer haben keine anderen Anbieter als die örtlichen Netzbetreiber zur Auswahl. Sie sind von den Preisen abhängig und darauf angewiesen, dass die Technik immer funktioniert.
Neben diesen Nachteilen ergeben sich vor allem bei der natürlichen Kälteerzeugung einige Risiken für Natur und Umwelt. So kann es passieren, dass die Grund-, Fluss- oder Seewassertemperaturen ansteigen. Das beeinflusst das Verhalten von Lebewesen und kann sich negativ auf die Ökologie auswirken. Um das zu verhindern, überwachen Städte und Betreiber von Fernkältenetzen die Auswirkungen sehr genau. So zum Beispiel in München, wo sich bisher keine negativen Folgen gezeigt haben.
Preise und laufende Kosten der Fernkälte-Nutzung
Geht es um eine Entscheidung für oder gegen die Fernkälte, spielen Preise und Kosten eine wichtige Rolle. Letztere fallen zum einen für die nötige Technik, zum anderen aber auch für Messeinrichtungen und den Bezug der Fernkälte selbst an. Die folgende Tabelle zeigt überschlägige Richtwerte.
| Fernkälte Position | Kosten |
|---|---|
| Übergabestation | nach individueller Planung auf Anfrage |
| Messeinrichtung | 100 bis 800 Euro (je nach Anschluss) |
| Grundpreis | 1.000 Euro pro Jahr je m³/h Durchfluss |
| Arbeitspreis | 6 bis 8 Cent pro kWh Fernkälte |
Wichtig zu wissen ist, dass sich die Angaben in der Tabelle als Richtwerte verstehen. Individuelle Preis-Auskünfte gibt der örtliche Fernkälte-Anbieter in Abhängigkeit vom individuellen Kältebedarf.
In Deutschland sind das Firmen, wie:
- SWM Stadtwerke München GmbH
- DREWAG – Stadtwerke Dresden GmbH
- inetz GmbH in Chemnitz
- Energieversorgung Gera GmbH
- Vattenfall Wärme Berlin AG
Anbieter für Fernkälte sind häufig die örtlichen Stadtwerke oder Grundversorger. Diese kümmern sich in der Regel um den Hausanschluss und die Installation der Übergabestation. Die anfallenden Kosten legen sie dabei nicht selten auf Grund- und Verbrauchspreise um, wodurch die Installation der Technik vergleichsweise günstig ausfällt.
Fernkälte ausgefallen: Vorbeugende Tipps helfen
Ist die Fernkälte ausgefallen, wirkt sich das schnell auf alle angeschlossenen Gebäude und Anlagen aus. Ein Risiko, welches sich mit einfachen Tipps sicher umgehen lässt. So gibt es Möglichkeiten, die ausgefallene Fernkälte mit der sogenannten Mietkälte zu überbrücken. Fachfirmen liefern bei entsprechender Vorbereitung innerhalb weniger Stunden eine Ersatzanlage, die sich zentral oder dezentral in Betrieb nehmen lässt. Die Mietkälte-Anlage ersetzt die zentrale Kälteerzeugung vorübergehend und sorgt dafür, dass technische Störungen oder betriebsbedingte Ausfälle keine Probleme nach sich ziehen.
Zentrale Mietkälteanlage für Störungen, Um- oder Ausbauarbeiten
Neben einer Störung kann es auch aus betriebsbedingten Gründen dazu kommen, dass die zentrale Kälteanlage einmal ausfällt. So zum Beispiel bei Umbauarbeiten, bei einer Reparatur oder einer umfassenden Wartung. Um alle Anschlussnehmer weiterhin mit Fernkälte zu versorgen, können Netzbetreiber eine Mietkälteanlage anschließen. Diese kommt in Form leistungsstarker Kaltwassersätze zum Mieten, die je nach Bedarf bis zu 1.500 kW Kälte und 250 Kubikmeter Kaltwasser pro Stunde und Einheit liefern.
Auch dezentral überbrücken Mietkälteanlagen Fernkälte-Ausfälle
Infrage kommen Mietkälteanlagen darüber hinaus auch für die Verbraucher selbst. Diese schließen Kaltwassersätze mit der benötigten Leistung dabei parallel zur Übergabestation an das Hausnetz an, um Letztere bei einer Störung zu überbrücken. Infrage kommt die Technik darüber hinaus auch dann, wenn der Leistungsbedarf kurzfristig höher ist oder Wartungs- beziehungsweise Umbauarbeiten an der Übergabestation anstehen.
Unser Tipp: Vorsorglich eine Baur-Kupplung in die Anlage einbauen
Der Anschluss einer Mietkälteanlage, ganz gleich, ob zentral am Fernkältenetz oder dezentral an der Hausanlage, erfolgt über sogenannte Baur-Kupplungen. Günstig ist es, diese bereits bei der Anlagenplanung zu berücksichtigen, um im Falle einer Störung schnell reagieren zu können. Im Vergleich zu den geringen Kosten der vorsorglich installierten Kupplung sind die Folgeschäden eines Ausfalls der Kältetechnik in der Regel deutlich höher.
Übrigens: Neben der Installation der Kupplung ist es ratsam, Anbieter für die Vermietung mobiler Kälteanlagen im Vorfeld zu konsultieren. Auf diese Weise lassen sich Anschluss- und Aufstellbedingungen sowie Leistungsanforderungen definieren, um im Ernstfall keine Zeit zu verlieren.
FAQ: Häufig gestellte Fragen zu Fernkältenetzen
Was ist Fernkälte und wie funktioniert ein Fernkältenetz?
Die Fernkälte beschreibt ein System, bei dem Kälte zentral erzeugt und an verschiedene Anschlussnehmer geliefert wird. Möglich ist das über Fernkälteleitungen, die Kaltwasser mit Temperaturen von 6 bis 10 Grad Celsius zu den Anschlussnehmern leiten. Dort angekommen, nimmt das Medium Wärme des Kühlwassers aus dem Haus auf. Es erwärmt sich auf 12 bis 16 Grad Celsius und strömt zur zentralen Kälteerzeugung zurück.
Wie bekommen Anschlussnehmer Kälte in das eigene Haus?
Die Trennstelle zwischen Fernkältenetz und Hausanlage ist die Fernkälte-Übergabestation. Diese besteht meist aus einem Wärmeübertrager, an dem Kaltwasser aus dem Haus am Kühlwasser aus dem Netz vorbei strömt. Während Letzteres Wärme aufnimmt, gibt das Kühlwasser aus dem Haus Wärme ab, um sich herunter zu kühlen. Eine Alternative ist die direkte Übergabestation, bei der Kühlwasser aus der Fernkälte-Anlage selbst durch die Hausanlage strömt. Infrage kommt diese Lösung bei genau passenden Temperatur- und Druckverhältnissen im Fernkältenetz.
Wie erfolgt die Kälteerzeugung in einem Fernkältenetz?
Für die Erzeugung der Fernkälte kommen überwiegend Absorptionskältemaschinen zum Einsatz. Diese nutzen Solarwärme oder überschüssige Abwärme aus anderen Prozessen, um Kaltwasser zu erzeugen. Während das ökologisch bereits sehr günstig ist, schonen Anlagen mit natürlicher Kühlung die Umwelt noch mehr. Denn diese setzen auf Grund-, Fluss oder Seewasser, um das Kaltwasser einer Hausanlage zu kühlen. Das ist ökologisch besonders günstig und mit einem sehr niedrigen Primärenergiefaktor (< 0,5) verbunden.
Welche Vor- und Nachteile hat die Fernkälte?
Zu den wichtigsten Vorteilen für Anschlussnehmer zählen hohe finanzielle Einsparungen. Die dezentralen Übergabestationen verbrauchen weniger Energie und der Betrieb zentraler Kälteanlagen ist in aller Regel effizienter. Das spart wiederum Energie, Kosten und CO2 ein. Nachteilig ist die Abhängigkeit vom örtlichen Betreiber des Fernkältenetzes. Außerdem kann sich die Nutzung regenerativer Energiequellen negativ auf die Umwelt auswirken. So ist es möglich, dass sich Grund-, Fluss- oder Seewasser erwärmt und Veränderungen in der Natur nach sich zieht.
Was passiert, wenn das Fernkältenetz einmal ausfällt?
Bei einem Fernkälte-Ausfall sorgen mobile Kaltwassersätze für Abhilfe. Diese lassen sich innerhalb kürzester Zeit zentral am Fernkältenetz oder dezentral an der Hausanlage anschließen. Erforderlich sind dazu lediglich ein geeigneter Aufstellplatz, ein ausreichend stark dimensionierter Stromanschluss und eine Baur-Kupplung an der Verteilanlage.
Welche Kosten fallen für die Fernkälte an?
Die Kosten der Fernkälte hängen von der Anschlussleistung (Durchfluss in Kubikmeter pro Stunde) und der im Betrieb benötigten Menge an Fernkälte ab. Sie variieren von Netz zu Netz und lasen sich daher nicht pauschal angeben. Aufschluss gibt das individuelle Angebot eines Fernkälte-Versorgers, wobei es sich in der Regel um den örtlichen Grund- oder Energieversorger (Stadtwerke etc.) handelt.
