Internationaler Vergleich normativer Vorgaben im Fernwärmeleitungsbau

Abstract

Im Zuge der Energiewende in Deutschland wird ein Ausbau von klimaneutralen Wärmenetzen mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien angestrebt und gefördert. Die Weiterentwicklung und Optimierung neuer sowie bestehender Fernwärmesysteme gewinnt daher zunehmend an Bedeutung. Die vorliegende Thesis untersucht die technische Umsetzbarkeit sowie die Effizienzpotenziale bei einer Integration chinesischer und koreanischer Einzelrohr-Verbundsysteme in europäische Fernwärmenetze. Ziel der Analyse ist es, mögliche technische Herausforderungen und Unterschiede in der Leistungsfähigkeit zu bewerten. Auf dieser Grundlage wird ermittelt, inwiefern der Import internationaler Fernwärmeleitungen einen ökonomischen und klimapolitischen Mehrwert für den zukünftigen Netzausbau bieten kann und ob eine Umsetzung in diesem Kontext sinnvoll erscheint. Die Bewertung der Realisierbarkeit einer Integration internationaler Einzelrohr-Verbundsysteme in europäische Fernwärmenetze erfolgt auf Grundlage eines systematischen Vergleichs der normativen Vorgaben Chinas und Koreas mit den in der Europäischen Union gültigen DIN-Normen und weiteren Richtlinien. Es werden ausschließlich nach DIN EN 253 genormte, direkt erdverlegte Kunststoffmantelrohrsysteme betrachtet. Diese bestehen aus einem Mediumrohr aus Stahl, einer Schicht aus Polyurethan-Hartschaumdämmung und einer äußeren Ummantelung aus Polyethylen. Der Vergleich erfolgt durch die Gegenüberstellung normativer Strukturierungen, Materialeigenschaften der Rohrkomponenten sowie betriebsrelevanter Parameter der Rohrsysteme. Aus den identifizierten Differenzen lassen sich spezifische Herausforderungen im Hinblick auf Druck- und Wärmeverluste sowie auf die Ausführung der Verbindungstechniken bei einer Kombination der Rohrsysteme ableiten. Im Rahmen der Analyse der Druckverluste infolge geometrischer Abweichungen wurden für die Verbindung chinesischer und koreanischer Rohrsysteme mit europäischen Leitungen lediglich vernachlässigbare Differenzen ermittelt. Im Gegensatz dazu zeigen sich bezüglich der Wärmeverluste deutliche Unterschiede. Das chinesische Rohrsystem weist aufgrund geringerer Dämmstärke und ungünstigerer Wärmeleitfähigkeit erhöhte Wärmeverluste auf, wohingegen das koreanische System die besten thermischen Eigenschaften zeigt. Geometrische Differenzen führen zudem zu Anpassungsbedarf bei Schweiß- und Muffenverbindungen. Dies betrifft insbesondere chinesisch-europäische Kombinationen, bei denen abweichende Außendurchmesser zu Problemen bei der Passgenauigkeit und Dichtheit der Muffenverbindungen führen können. Koreanische Leitungen zeigen hingegen eine weitgehende Übereinstimmung mit den europäischen Systemen, wodurch der technische Anpassungsaufwand bei der Verbindung geringer ausfällt. Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die Konstruktion der Rohrverbindungen unter Berücksichtigung der geometrischen und werkstoffspezifischen Unterschiede der Rohrkomponenten individuell angepasst werden muss. Die abschließende Bewertung der Realisierbarkeit einer Integration asiatischer Rohrsysteme in deutsche Fernwärmenetze kann nur unter Einbeziehung wirtschaftlicher und energetischer Faktoren erfolgen. Zwar ist durch den Import ein potenzieller Kostenvorteil hinsichtlich der Anschaffung zu erwarten, dieser kann jedoch durch erhöhte Wärmeverluste und den zusätzlichen konstruktiven Aufwand bei der Netzimplementierung langfristig zu einer Reduktion der Wirtschaftlichkeit und Effizienz führen.

As part of Germany’s energy transition, the expansion of climate-neutral district heating networks with a high share of renewable energy is being promoted and pursued. In this context, the further development and optimization of both new and existing district heating systems is gaining increasing importance. This thesis investigates the technical feasibility and efficiency potential of integrating Chinese and Korean single-pipe composite systems into European district heating networks. The aim of the analysis is to assess potential technical challenges and differences in performance. On this basis, the study evaluates whether the import of international district heating pipes can offer economic and climate policy benefits for future network expansion and whether such implementation appears feasible. The evaluation of the integration potential is based on a systematic comparison of the regulatory frameworks in China and Korea with the applicable DIN standards and other directives in the European Union. Only directly buried, pre-insulated plastic-jacket pipe systems standardized according to DIN EN 253 are considered. These consist of a steel service pipe, a layer of polyurethane (PUR) rigid foam insulation, and an outer polyethylene (PE) casing. The comparison focuses on regulatory structures, material properties of the pipe components, and operationally relevant parameters. From the identified differences, specific challenges arise with regard to pressure and heat losses as well as to connection techniques when combining different pipe systems. The analysis of pressure losses due to geometric deviations revealed only negligible differences for combinations involving Chinese and Korean systems with European pipes. In contrast, there are significant differences in heat losses: the Chinese system, due to its lower insulation thickness and less favorable thermal conductivity, exhibits higher heat losses, whereas the Korean system demonstrates superior thermal performance. Geometrical differences also necessitate adjustments in welding and socket connections. This is particularly relevant for Chinese-European combinations, where differing outer diameters can lead to problems with fit and sealing. Korean systems, on the other hand, show high compatibility with European pipes, thus requiring fewer technical adaptations. In conclusion, pipe connection designs must be individually adapted, taking into account geometrical and material-specific differences. The final evaluation of the integration feasibility of Asian pipe systems into German heating networks must include both economic and energy-related factors. While lower procurement costs through imports are possible, these may be offset by increased heat losses and additional structural adjustments, potentially reducing long-term efficiency and economic viability.