Von Jürgen Walk
Wärmenetze sind entscheidend für den Klimaschutz im Gebäudesektor. Digitalisierung wiederum ist notwendig, um klimaneutrale Energien effizient zu integrieren und die Komplexität der Anlagen zu bewältigen. Dabei müssen Geräte und Maschinen im Internet der Dinge (IoT) intelligent vernetzt werden. Bei dieser Aufgabe werden verschiedene Kommunikationstechnologien verwendet, um Daten sowohl unidirektional als auch bidirektional zu übertragen: Messwerte laufen von den Sensoren zu einer zentralen Plattform, Steuersignale gehen zurück zu den einzelnen regelnden Anlagen.
Doch welche Technik eignet sich für die einzelnen Aufgaben? Im Angebot sind etwa die Mobilfunkstandards der dritten, vierten und fünften Generation, LoRaWan, Narrowband-IoT oder Mioty. Braucht es für die Fernauslösung von Zählern den gleichen Aufwand wie für die Leckagendetektion einer Wärmeleitung oder das Steuersignal für den Pumpenbetrieb? In einem Projekt hat der AGFW-Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK zusammen mit mehreren Stadtwerken und Partnern aus der Forschung die unterschiedlichen Standards unter die Lupe genommen und in einem Handlungsleitfaden zusammengefasst.
Funk- und Kabeltechnologien für effiziente Wärmenetze im Vergleich
Kommunikationstechnologie ist für moderne Fernwärmesysteme essenziell, da sie die Integration erneuerbarer Energien wie Solarthermie und Geothermie sowie industrieller Abwärme ermöglicht und deren schwankende Verfügbarkeit ausgleicht. Durch Echtzeit-Datenerfassung und automatisierte Steuerung wird der Betrieb dieser Systeme flexibel und effizient gestaltet, was den Einsatz teurer Spitzenlastkessel reduziert und Wärmeverluste minimiert. Die wachsende Effizienz ist nicht zuletzt deswegen entscheidend, weil die Fernwärme der Zukunft mit deutlich geringeren Temperaturunterschieden arbeitet.
Schwerpunkt der Untersuchung sind Funktechnologien mit hoher Reichweite und Marktreife in Deutschland. Aber – so heißt es in der Untersuchung: Eine leitungsgebundene Kommunikationslösung ist den Funktechnologien hinsichtlich Zuverlässigkeit, Wartung oder Datenübertragungsrate oft überlegen. Soweit eine Umsetzung wirtschaftlich und organisatorisch möglich ist, sei daher eine kabelgeführte Kommunikationstechnologie zu bevorzugen.
Datenrate, Gebäudedurchdringung, Echtzeitfähigkeit, Reichweite und Energieeffizienz von Kommunikationstechnologien variieren je nach Frequenzband und Technologie. 5G bietet die höchsten Datenraten, während Low-Power-WAN-Technologien wie NB-IoT und LoRaWAN für geringe Datenmengen und lange Batterielaufzeiten ausgelegt sind. Die Netzabdeckung von 5G und LTE ist in Deutschland hoch, während LoRaWAN oft auf Ballungsräume beschränkt ist.
Skalierbarkeit beschreibt die Fähigkeit, viele Endgeräte über einen Antennenstandort zu verbinden, ohne Leistungseinbußen. Für Stadtnetze ist dies wichtig, um die Anzahl der Antennenstandorte zu minimieren. Die Kostenstruktur, inklusive Anschaffungs- und Betriebskosten, ist ein weiteres wichtiges Auswahlkriterium für Kommunikationstechnologien.
Einsatz von IoT und Mobilfunkstandards für intelligente Fernwärme
Echte Ende-zu-Ende-Sicherheit im Mobilfunknetz erfordert zusätzliche Maßnahmen, etwa virtuelle private Netzwerke (VPN). LoRaWAN und Mioty integrieren Verschlüsselung, wobei die Sicherheit vom Schlüsselmanagement abhängt. Intelligente Messsysteme (iMSys) ermöglichen sichere Messdatenerfassung und Steuerung von Energieanlagen, wobei der Einsatz im Stromsektor verpflichtend ist und Mehrspartenlösungen im Fernwärmesektor geprüft werden.
Für die Fernauslesung von Wärmezählern werden LoRaWAN und Mioty empfohlen. Wichtig dabei sind die hohe Gebäudedurchdringung, die überschaubaren Kosten bei hoher Skalierbarkeit und die langen Batterielaufzeiten. Für das Monitoring von Netzschlechtpunkten, bei dem der Differenzdruck zwischen Vor- und Rücklauf gemessen wird, sollte NB-IoT aufgrund der höheren Zuverlässigkeitsanforderungen gewählt werden. In beide Fällen ist die Echtzeitfähigkeit kaum von Bedeutung. Dagegen empfiehlt sich beim automatisierten Pumpenbetrieb ein System wie LTE-450 für Echtzeitoptimierung bei gleichzeitig hoher Gebäudedurchdringung.
