Ausgangslage: Eine Region muss entscheiden, wie die Wärmeversorgung von Wohngebieten, kommunalen Liegenschaften, Gewerbe und Industrie schrittweise dekarbonisiert wird. Das Problem ist nicht durch eine Einzeltechnologie lösbar. Wärmedichte, Gebäudestandard, Temperaturniveau, Netzausbau, erneuerbarer Strom, Abwärmequellen, Biomasse, Geothermie, Großwärmepumpen und saisonale Speicher greifen ineinander.
Rolle der Studierenden: Sie arbeiten als regionales Energie- und Planungsteam. Sie sollen eine robuste Wärmewendestrategie ableiten, die technisch plausibel, wirtschaftlich begründbar, sozial vermittelbar und betrieblich steuerbar ist.
Leitfrage: Welche Kombination aus Wärmenetz, dezentralen Wärmepumpen, Großwärmepumpe, Abwärme, Biomasse, Solarthermie, Geothermie und saisonalem Speicher ist für unterschiedliche Gebietstypen tragfähig?
Fachlicher Kern
Die Wärmewende ist ein räumliches Optimierungsproblem. Dichte Siedlungsräume, Altbauquartiere, Neubaugebiete, Gewerbezonen und Industrieareale benötigen unterschiedliche Lösungen.
Simulationskern
Das Modell verbindet Wärmebedarf, Netzanteil, Wärmepumpenanteil, Abwärme, Biomasse, Speicher, Investition, CO₂ und Wärmekosten.
Handlungsprodukt
Die Studierenden erstellen ein regionales Wärmewende-Szenario mit Gebietstypen, Versorgungspfaden, Prioritäten und begründeter Managemententscheidung.
Lernziele
Wärmedichte, Temperaturniveau und Anschlussquote als zentrale Strukturgrößen regionaler Wärmeplanung erklären.
dezentrale Wärmepumpen, Wärmenetze, kalte Nahwärme, Großwärmepumpen, Abwärme, Biomasse und saisonale Speicher vergleichend bewerten.
ein vereinfachtes Wärmemengen-, Kosten- und CO₂-Modell parametrieren und interpretieren.
eine begründete Entscheidung zwischen Gebietspfaden und Transformationsstufen formulieren.
🧭 Systembild der regionalen Wärmewende
Das Systembild trennt Wärmequellen, Verteilinfrastruktur, Speicher, Verbraucher und Steuerung. Entscheidend ist nicht allein die Erzeugung, sondern die räumliche Passung zwischen Quelle, Temperatur, Netz und Verbraucher.
dezentrale Wärmepumpen, Biomasse nur begrenzt, lokale Netze bei hoher Dichte.
Netzunwirtschaftlichkeit und Ressourcenkonkurrenz.
📊 Datenbasis
Regionale Wärmeplanung benötigt mindestens vier Datengruppen: Wärmebedarf, Raumstruktur, Quellenpotenziale und Transformationsrestriktionen. Ohne diese Trennung wirken viele Entscheidungen plausibel, sind aber räumlich oder technisch nicht tragfähig.
Bedarf
Gebäudefläche
spezifischer Wärmebedarf
Spitzenlast
Temperaturniveau
Raum
Wärmedichte
Straßenzüge
Netzlängen
Anschlussquote
Quellen
Abwärme
Großwärmepumpe
Geothermie
Solarthermie und Biomasse
Restriktionen
Investitionsbudget
Stromnetz
Akzeptanz
Fachkräfte und Baukapazität
Vereinfachte Modellgrößen
Größe
Bedeutung
Didaktische Funktion
Wärmebedarf GWh/a
Jährliche Nutzwärme für Raumwärme, Warmwasser und ausgewählte Prozesswärme.
Grundlage aller Mengen-, Kosten- und CO₂-Rechnungen.
Wärmenetzanteil
Anteil des Bedarfs, der über ein Netz gedeckt werden soll.
Zeigt die Wirkung von Dichte, Anschlussquote und Netzausbau.
Dezentrale Wärmepumpen
Anteil des Bedarfs außerhalb des Netzes, der elektrisch gedeckt wird.
Verbindet Gebäudeeffizienz, Strombedarf und CO₂-Faktor.
Großwärmepumpe/Abwärme
Niedertemperaturquelle wird auf nutzbare Netztemperatur gehoben.
Erklärt die Kopplung zwischen Wärmeplanung und Stromsystem.
Saisonaler Speicher
Sommerliche Überschüsse oder Abwärme werden zeitlich verschoben.
Reduziert Spitzenlast und fossile Reserve, ist aber investitionsintensiv.
Planungsregel: Eine regionale Wärmewende darf nicht mit der pauschalen Frage „Wärmenetz oder Wärmepumpe?“ beginnen. Zuerst sind Gebietstypen, Wärmedichte, Temperaturniveau und Quellenlage zu trennen.
⚙️ Interaktives Wärmewende-Modell
Das Modell bildet keinen vollständigen Wärmeplan ab. Es macht sichtbar, wie stark regionale Entscheidungen von Wärmedichte, Anschlussquote, Quellenpotenzial, Speicher und fossiler Spitzenlast abhängen.
Wärmebedarf
0 GWh/a
Nutzwärme im Modell
Fossile Restwärme
0 GWh/a
0 % Restanteil
Emissionen
0 kt CO₂/a
0 kt Minderung/a
Investition
0 Mio. €
0 % des Budgets
Netzwärme
0 GWh/a
Anschlussquote wirkt begrenzend
WP-Strombedarf
0 GWh/a
dezentrale und zentrale WP
Wärmekosten
0 ct/kWh
grobe Systemkosten-Näherung
Strategiequalität
0 / 100
Mehrkriterien-Näherung
Interpretation des aktuellen Modells
🔀 Szenarienvergleich
Die Szenarien setzen typische Ausgangsstrategien. Danach kann im Simulationsreiter weiter variiert werden.
Szenario
Leitidee
Stärke
Risiko
Bestand
Fossile Einzelheizungen und begrenzte Netze dominieren.
Referenz zur Wirkungsmessung.
Hohe Emissionen und Transformationsverzug.
Dezentrale Wärmepumpen
Einzelgebäude werden überwiegend elektrisch versorgt.
Geringer Tiefbau, gute Eignung bei sanierten Gebäuden.
Stromnetz, Schall, Gebäudeeffizienz, Fachkräfte.
Klassisches Wärmenetz
Dichte Gebiete werden mit zentraler Netzwärme erschlossen.
Gute Nutzung großer Quellen und Speicher.
Hohe Anfangsinvestition und Anschlussquotenrisiko.
Niedertemperaturnetz
Netztemperaturen sinken, Quellen werden effizienter nutzbar.
Gute Kopplung mit Großwärmepumpen und Abwärme.
Gebäudeübergaben und Bestandstemperaturen müssen passen.
Abwärme und Groß-WP
Regionale Quellen werden systematisch in das Wärmenetz integriert.
Hohe CO₂-Wirkung bei günstiger Quelle.
Vertrags- und Betriebsrisiko der Quelle.
Biomasse begrenzt
Biomasse deckt Spitzenlast oder Sonderfälle, nicht die Breite.
Regelbare erneuerbare Wärme.
Ressourcen-, Nachhaltigkeits- und Konkurrenzrisiken.
Saisonalspeicher
Sommerwärme und Abwärme werden für Winterlast nutzbar gemacht.
Reduziert fossile Spitzen und erhöht Systemrobustheit.
Fläche, Geologie, Investition und Wärmeverluste.
Winter-Stressfall
Hohe Last, niedrige Quellentemperaturen und begrenztes Stromsystem.
Prüft Versorgungssicherheit.
Reservebedarf und Kosten steigen.
Didaktischer Kern: Szenarien sind keine Prognosen. Sie sind kontrollierte Denkexperimente, mit denen Zielkonflikte sichtbar gemacht werden.
📈 Mehrkriterienbewertung
Eine regionale Wärmewendeentscheidung muss vier Dimensionen gleichzeitig berücksichtigen. Die billigste Variante kann klimapolitisch schwach sein, die klimatisch stärkste Variante kann an Netz, Budget, Baukapazität oder Akzeptanz scheitern.
CO₂-Wirkung
Bewertet fossile Restwärme, Strom-CO₂ und Emissionsminderung.
Wirtschaftlichkeit
Bewertet Investition, Budgetnutzung und grobe Wärmekosten.
Technische Passung
Bewertet Wärmedichte, Anschlussquote, Temperaturniveau und Quellenlogik.
Umsetzbarkeit
Bewertet Mix, Bauintensität, Akzeptanz- und Abhängigkeitsrisiken.
Prüffrage
Tragfähige Strategie
Schwache Strategie
Gebietsdifferenzierung
Altbau, Neubau, Gewerbe, Industrie und ländlicher Raum werden getrennt behandelt.
Eine Technologie wird pauschal für die ganze Region gesetzt.
Quellenlogik
Abwärme, Geothermie, Solarthermie und Biomasse werden nach Temperatur und Verfügbarkeit bewertet.
Quellen werden addiert, ohne zeitliche und technische Qualität zu prüfen.
Netzlogik
Wärmedichte, Anschlussquote und Temperaturniveau bestimmen den Netzausbau.
Netze werden unabhängig von Dichte und Anschlussrisiko geplant.
Versorgungssicherheit
Spitzenlast, Kälteperioden, Reserve und Speicher werden explizit bewertet.
Jahresenergie wird mit gesicherter Winterleistung verwechselt.
Akzeptanz
Kosten, Baustellen, Tariflogik und Bürgerkommunikation werden früh berücksichtigt.
Technische Planung wird ohne Umsetzungsstrategie formuliert.
🧾 Managemententscheidung
Priorisierte Umsetzung
Phase
Ziel
Typische Maßnahmen
Entscheidungskriterium
Phase 1: Daten und Gebietstypen
Wärmebedarf, Temperaturniveau und Quellen räumlich sichtbar machen.
Managementsatz: Die regionale Wärmewende wird robust, wenn die Region nicht eine Lieblingslösung sucht, sondern für jeden Gebietstyp den plausibelsten Versorgungspfad bestimmt und diese Pfade über Stromnetz, Wärmenetz, Speicher und Leittechnik koppelt.
🔍 Modellgrenzen und Transfer
Das Modell ist ein Lehr- und Entscheidungsvorbereitungsmodell. Es ersetzt keine kommunale Wärmeplanung, keine Netzberechnung, keine Gebäudesimulation und keine Investitionsplanung.
Nicht enthalten
stündliche Lastgänge und reale Wetterjahre
hydraulische Netzberechnung und Druckverlustrechnung
genaue Vor- und Rücklauftemperaturen pro Straßenzug
rechtliche Anschlussbedingungen, Tarife und Fördermechanik
geologische Detailprüfung für Geothermie und saisonale Speicher
soziale Verteilungswirkungen und Eigentümerstruktur im Detail
Transferfragen
Welche Gebiete sind echte Wärmenetzkandidaten?
Welche Gebäude sollten zuerst dezentral elektrifiziert werden?
Welche Quelle ist im Winter verlässlich verfügbar?
Welche Investition erzeugt Pfadabhängigkeit?
Welche Daten fehlen vor einer verbindlichen Entscheidung?
Typische Fehlinterpretationen
Fehler
Warum problematisch?
Korrektur
Wärmebedarf und Spitzenlast werden gleichgesetzt.
Jahresenergie beschreibt nicht die Leistung an kalten Tagen.
Jahreswärme und Winterspitzen getrennt bewerten.
Biomasse wird als große Standardlösung geplant.
Nachhaltige Biomasse ist begrenzt und steht in Nutzungskonkurrenz.
Biomasse vorrangig für Spitzenlast, Sonderfälle oder schwer elektrifizierbare Wärme prüfen.
Wärmenetz wird ohne Anschlussquote bewertet.
Die Wirtschaftlichkeit hängt stark von realen Anschlüssen ab.
Anschlussquote, Tarif und Kommunikationsstrategie einplanen.
Wärmepumpen werden ohne Stromnetz betrachtet.
Gleichzeitige Winterlast kann Netzausbau auslösen.