Osman Uzakgider entwickelt Wärmeprojekte bei Primeo Energie, darunter sind künftig auch Netze, die CO₂ statt Wasser als Trägermedium nutzen. Im Gespräch erklärt er, wie die Technik funktioniert, wo ihre Vorteile liegen und was bei der Planung zu beachten ist.
Osman, CO₂ kennt man vor allem als Treibhausgas. Ihr plant es in thermischen Netzen. Wie passt das zusammen?
CO₂ ist zwar ein Treibhausgas, im Netz wird es aber als technisches Arbeits- und Transportmedium eingesetzt. Es zirkuliert in einem geschlossenen Leitungssystem und wird im normalen Betrieb nicht an die Atmosphäre abgegeben. Ein CO₂-Netz ist eine besondere Form eines thermischen Netzes. Ein thermisches Netz versorgt mehrere Gebäude über Leitungen mit thermischer Energie, also Wärme oder Kälte. Das reicht vom klassischen Fernwärmenetz, einem Hochtemperaturnetz über 60 Grad bis zum Niedertemperaturnetz. Ein CO₂-Netz arbeitet im Niedertemperaturbereich und transportiert mit CO₂ statt Wasser Wärme und Kälte.
Warum eignet sich CO₂ für den Transport von Wärme und Kälte? Wasser übernimmt diese Aufgabe doch schon seit Langem.
Richtig, und Wasser bleibt auch weiterhin in vielen Fällen das Mittel der Wahl. In einem klassischen Wassernetz transportiert das Wasser die Wärme über die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf. Beim CO₂ ist der entscheidende Punkt der sogenannte Phasenwechsel. Abhängig von Temperatur und Druck wechselt es zwischen flüssigem und gasförmigen Zustand. Beim Verdampfen nimmt es Wärme auf, beim Kondensieren gibt es diese wieder ab. Dadurch kann bereits eine kleine Menge CO₂ viel thermische Energie transportieren. Für die gleiche Leistung muss also weniger Transportmedium durch das Netz zirkulieren als bei Wasser. Das bringt Vorteile auch beim Bau des Netzes.
Osman Uzakgider entwickelt komplexe thermische Projekte für die Kundinnen und Kunden von Primeo Energie
Inwiefern?
Dadurch, dass CO₂ viel Energie mit einem vergleichsweise geringen Massenstrom transportieren kann, können die Rohre kleiner und die Gräben schmaler ausfallen als bei einem wasserbasierten Niedertemperaturnetz. Das ist vor allem im städtischen Raum hilfreich, wo der Untergrund bereits stark mit Leitungen und Kanälen belegt ist. Hinzu kommt, dass bei CO₂ im normalen Betriebsbereich kein Frostproblem wie bei Wasser besteht. Die Leitungen müssen deshalb nicht allein aus Frostschutzgründen tief verlegt werden.
Wie läuft das Heizen oder auch das Kühlen nun konkret ab?
Das CO₂-Netz arbeitet auf einem niedrigen Temperaturniveau. Die für das Heizen benötigte höhere Temperatur wird erst im Gebäude erzeugt. Es besteht aus zwei Leitungen, einer Dampf- und einer Flüssig-CO₂-Leitung. Beim Heizen entzieht eine Wärmepumpe dem CO₂ Wärme und hebt sie auf die benötigte Temperatur. Das CO₂ kondensiert dabei und fliesst flüssig zurück. Beim Kühlen wird Wärme aus dem Gebäude abgeführt und damit flüssiges CO₂ verdampft. Ist das Netz ausreichend kühl, funktioniert das ohne zusätzliche Kältemaschine. Das nennt man Freecooling.
Und wie funktioniert das in einem ganzen Quartier?
Ein Gebäude kann überschüssige Wärme abgeben, während ein anderes diese nutzt. Wenn sich Heiz- und Kühlbedarf zeitlich überschneiden, bleibt die Energie im Quartier und kann über das Netz von anderen Gebäuden genutzt werden. Das ist besonders bei einer Mischung aus Wohnungen, Büros und Gewerbebauten interessant.
«CO₂ ist vor allem für Netze mit tiefen Temperaturen interessant, in denen gleichzeitig geheizt und gekühlt wird oder der Platz im Untergrund knapp ist. »
Woher stammt die Wärme für das Netz?
Die Wärme kann aus der Umwelt und aus Abwärmequellen auf einem niedrigen Temperaturniveau stammen, etwa aus dem Grundwasser, aus Seen und Flüssen, aus dem Erdreich oder aus Gebäuden, Industrieanlagen und Rechenzentren. Man spricht dabei auch von Anergie, also von Wärme auf einem Temperaturniveau, das für die direkte Gebäudebeheizung noch nicht ausreicht. Wärmepumpen in den angeschlossenen Gebäuden heben dieses Temperaturniveau anschliessend auf die für die Versorgung erforderliche Höhe an.
Gibt es auch Nachteile oder Punkte, die bei einem CO2-Netz anspruchsvoller sind?
CO₂-Netze arbeiten mit deutlich höheren Drücken als Wassernetze. Das heisst, die Leitungen, Armaturen und Wärmetauscher müssen darauf ausgelegt sein. Hinzu kommen Lecküberwachung und Druckmanagement. Je nach Anlage sind zudem CO₂-Sensoren und eine geeignete Lüftung in geschlossenen oder tiefer liegenden Räumen erforderlich. Planung, Bau und Betrieb erfordern deshalb Erfahrung und ein auf die Anlage abgestimmtes Sicherheitskonzept.
Für welche Anwendungen ist CO₂ sinnvoll und wann bleibt Wasser die bessere Wahl?
Grundsätzlich lässt sich sagen, dass Wasser für klassische Fernwärmenetze, die grosse Wärmemengen auf einem höheren Temperaturniveau verteilen, in vielen Fällen die beste Lösung bleibt. CO₂ ist vor allem für Netze mit tiefen Temperaturen interessant, in denen gleichzeitig geheizt und gekühlt wird oder der Platz im Untergrund knapp ist. Auch wenn Wärmequellen über eine gewisse Distanz erschlossen werden müssen, kann ein CO₂-Netz wegen seiner kompakten Leitungen interessant sein. Entscheidend ist aber immer das Gesamtsystem: die vorhandenen Wärmequellen, der Wärme- und Kühlbedarf und die Effizienz der Wärmepumpen. Am Ende geht es darum, für jeden Standort die passende Lösung zu entwickeln.
