Wärme aus Abwasser

Zum Heizen oder Kühlen

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Im Rahmen einer effizienten Energienutzung ist es auch sinnvoll, die thermisch gespeicherte Energie der Wärmequelle im Abwasser aus Wohnungen, Gewerbe und Industrie zu nutzen. Die darin enthaltene Wärme sollte dezentral und lokal am Entstehungsort mittels Wärmeübertrager im Abwasserkanal sowie mittels Wärmepumpen wieder genutzt werden. Das System kann im Winter zur Erzeugung von Heizwasser, ganzjährig für Gebrauchswarmwasser und im Sommer mit kleinen Zusatzaufwendungen auch zur Erzeugung von Kaltwasser für Klimaanlagen (6/12 °C) verwendet werden.

Das Schmutzwasser weist beim Austritt aus den Häusern in der Regel eine mittlere Temperatur von über 25 °C auf und hat in der Kanalisation im Jahresdurchschnitt 15 °C, d.h. im Sommer 18 bis 22 °C und im Winter 10 bis 12 °C. Das bedeutet, dass es eine stetige, erneuerbare Energiequelle auf einem vergleichsweise hohen Temperaturniveau darstellt. Mit dieser Energiequelle und dem Einsatz moderner Wärmepumpen können Nutzungstemperaturen von 65 bis 70 °C erreicht werden. Dies genügt für die Warmwassererzeugung und die Heizung bei Neubauten, wobei eine Wärmepumpen-Leistungszahl von 3,1 bei einer Nutztemperatur von 65 °C und 5,2 bei einer Nutztemperatur von 40 °C erreicht wird. Im Prozessbereich weist das Abwasser in der Regel wesentlich höhere Temperaturen auf als in der öffentlichen Kanalisation. Aus diesem Grund bestehen häufig Auflagen, die Temperatur des eingeleiteten Abwassers auf ein Mindestmaß abzusenken. Gerade in diesem Bereich besteht also ein großes Potenzial für die Rückgewinnung und Nutzung dieser Wärmeenergie.

Bisher wurde die Wärmerückgewinnung aus dem Abwasser vernachlässigt, weil aufgrund von Verschmutzung und Geruchsbelästigung nur unzureichende technische Lösungen verfügbar waren. Mittlerweile gibt es neue Technologien, die Abwasserenergie nutzen lassen. Dass die Technologien ausgereift sind, belegen Praxiserfahrungen aus der Schweiz. Hier sind in den letzten Jahren sehr viele Anlagen in Betrieb gegangen, die gute bis sehr gute Ergebnisse liefern.

Den entscheidenden Fortschritt erzielt die Entwicklung eines Wärmepumpen-Rekuperator-Systems mit automatischer Wärmeübertrager-Reinigung.

Technische Umsetzung
Das Herzstück einer Abwasser-Wärmerückgewinnungsanlage bildet der Wärmeübertrager, der aus dem Abwasser Energie gewinnt und eine Wärmepumpe, die die Energie für die Beheizung oder Kühlung von größeren Gebäuden nutzbar macht. Bei der Konzeption der Anlagen sind verschiedene Aspekte zu berücksichtigen:

  • die Verbrauchsstellen sollten in der Nähe der Wärmequellen liegen
  • zur wirtschaftlichen Auslegung sollte die Temperaturspreizung zwischen der Wärmequelle (Kanal, Abwasseranlage) und der Wärmesenke (Gebäudebeheizung, Warmwasserbereitung) möglichst gering sein
  • da durch Ablagerungsprozesse der Wärmedurchgangskoeffizient abnimmt, sollte eine Nutzung von (vor-) behandeltem Abwasser ungereinigtem Abwasser vorgezogen werden
  • fließende und stark bewegte Abwässer sind ebenfalls vorzuziehen, obwohl sich auch Pumpwerke für eine Nutzung eignen

Da das Abwasser im Tagesverlauf in unterschiedlichen Mengen und zeitlich versetzt zum Warmwasserbedarf anfällt, müssen innerhalb der Abwasser-Wärmerückgewinnungsanlage entsprechende Abwasser- und Frischwasserspeicher integriert werden.

Für die Auslegung und Ermittlung der Investitionskosten einer solchen Anlage spielen die Kanalverhältnisse eine entscheidende Rolle. Zur Eignungsprüfung eines Kanals sollte daher stets ein Fachplaner mit einer Grobanalyse beauftragt werden, weil die Beurteilung der Abwasser-und Kanalverhältnisse sowie die Auswahl der Wärmeübertrager spezielle Kenntnisse erfordern.

Funktionsprinzip
Im Wärmeübertrager des Wärmeentzugssystems wird dem Abwasser die Wärme entzogen und über ein Zwischenmedium der Wärmepumpe zugeführt. Das Zwischenmedium (reines Wasser) zwischen der Wärmepumpe (Wärmeerzeugung) und dem Wärmeübertrager (Wärmenutzung, Wärmeentzug) wird durch Kunststoffrohre zum Wärmeübertrager an den Beginn der Wärmenutzung geleitet. Vom Verteilrohr wird jeder 1,0 bis 3,0 m lange Wärmeübertrager einzeln gespeist. Das in den Wärmeübertragern erwärmte Zwischenmedium wird im Anschluss daran in einem Sammelrohr ebenfalls wieder einzeln gesammelt und zur Wärmepumpe zurückgeleitet. Der Wärmeübertrager wird in der Regel im Abwasserkanal einbetoniert. Folgende Gesichtspunkte sind beim Wärmeentzug zu beachten:

  • für einen optimalen Einsatz der Systeme sollte der Abwasserkanal mindestens in DN 500 bis DN 800 ausgeführt werden
  • als Abwassermenge sollte im Mittel von mindestens 15 l/s ausgegangen werden

Die Abwasser-Wärmepumpen werden in der Regel in Heizzentralen ab ca. 150 kW Heizleistung eingesetzt, d.h. ab ca. 30 Wohneinheiten installiert.

Bildnachweis: Staubli, Bundesverband WärmePumpe e.V., München

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