48 Moderne Gebäudetechnik | Sonderausgabe 2015 | Anzeigen-Sonderpublikation

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Energiewende: Wärmerecycling aus AbwasserKlaus W. König

Mit moderner Wärmeübertrager- und Wärmepumpentechnik kann dem Abwasser Wärme entnommen und nutzbar gemacht werden. Da Abwasser Sommer wie Winter relativ konstante Temperaturen aufweist, ist es für den Betrieb einer Wärmepumpe gut geeignet. Siedlungen mit zentraler Wärmeversorgung, Mehrfamilienhäuser und kommunale Gebäude bieten ideale Voraussetzungen, die so gewonnene Abwärme effizient zu verwenden.

Über den regenerativen, subventionierten Strommarkt wird täglich in den Medien berichtet. Der Wärmemarkt in Deutsch-land spielt bei den Diskussionen zur Ener-giewende dagegen eine untergeordnete Rolle, zu Unrecht. Die Energiequelle Ab-wasser – im EEWärmeG des Bundes nur als Ersatzmaßnahme eingestuft – wird nun allerdings von der Politik, den Planern, Energieversorgern und Energienutzern als ökologische und ökonomische Ener-giequelle entdeckt. So hat Baden-Würt-temberg in seinem integrierten Energie- und Klimaschutzkonzept (IEKK) die Ener-giequelle Abwasser fest verankert. Auch die Möglichkeit, nicht nutzbare industrielle Abwärme über das Kanalnetz verwendbar zu machen, ist erwähnt.Solarparks, Windräder und Biogasanlagen sind die Schlüsselbausteine im regenera-tiven Strommarkt. Ihre Projektierung wird jedoch immer mehr durch Bürgerbegehren und langwierige Genehmigungsverfahren im Rahmen des Natur- und Artenschutzes erschwert. Die unscheinbare, aber große Energiequelle Abwasser hingegen befindet sich zum Greifen nahe, allerdings bisher unerkannt im Untergrund. Wärmeübertra-ger, Voraussetzung um diesen Energie-schatz zu heben, können für den Bürger unsichtbar im Kanalnetz installiert wer-den. Anwohner werden durch den Betrieb dieser Technik nicht gestört, das Stadtbild

wird nicht verändert und die Natur nicht beeinträchtigt /1/.

Verbund Abwasserwärmenutzung

Im Auftrag des Umweltbundesamts ermit-telt inzwischen die Themenallianz Abwas-serwärmenutzung (AWN) das Marktpoten-zial durch einen eigenen Arbeitskreis. Zu diesem gehören das Institut für Ener-giewirtschaft und Rationelle Energiean-wendung (IER) der Universität Stuttgart, Vertreter von Entwässerungsbetrieben sowie spezialisierte Ingenieurbüros mit

jahrzehntelanger Erfahrung. Die Studie könnte bisherige Vermutungen der The-menallianz AWN bestätigen, nach denen sich rund 6 % aller Gebäude in Deutsch-land mit Abwasserwärme beheizen lassen. Die generierbare Wärmemenge entspricht laut deren Annahme ca. 35 bis 40 TWh/a /2/. Unberücksichtigt sind dabei Einsatz-möglichkeiten im Zusammenhang mit Klär-anlagen.

Technikvarianten

Kanalwärme ist Abwärme. Diese mit Priori-tät zu nutzen, scheint plausibel. Schließlich

Der AutorDipl.-Ing. Klaus W. König, Überlingen am Bodensee, Fachbuchautor sowie von der Industrie- und Handelskammer Bodensee-Oberschwaben

öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Bewirtschaftung und Nutzung von Regenwasser. Seit 1990 selbstständig, berät Planungsbüros, Städte und Gemeinden, leitet Seminare für Architekten und Handwerker und hält Vorträge

Prinzip Abwasserwärme-Recycling aus dem öffentlichen Kanal. Die nutzbare Energie kann zum Heizen oder Kühlen verwendet werden.

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ist sie wie Solar- und Erdwärme ohnehin vorhanden. Abwärme muss nicht erzeugt, sondern nur nutzbar gemacht werden. Ent-scheidend für die bestmögliche Effizienz ist die Auswahl der Systemkomponenten. Grundsätzlich muss die zurückgewonne-ne Wärme ohne große Verluste in die Haustechnik eingespeist werden. Bisher gebaute Anlagen unterscheiden sich u. a. danach, wie nahe an der Wärmequelle die Rückführung stattfindet: ❙ Wärmeübertrager in der Duschtasse in-

tegriert: Im Gegenstrom wird das Trink-wasser auf dem Weg zur Brause damit erwärmt.

❙ Wärmeübertrager in der Technikzen-trale/Grauwasseranlage integriert: Wasser und Wärme aus Dusche, Bade-wanne und Handwaschbecken werden im selben Gebäude wieder verwendet.

❙ Wärmeübertrager in der Technikzen-trale/Abwasserleitung integriert: Wär-me aus dem häuslichen Abwasser wird im selben Gebäude wieder verwendet.

❙ Wärmeübertrager im öffentlichen Ab-wasserkanal versorgt die Wärmepumpe eines Gebäudes bzw. einer speziellen Siedlung.

❙ Wärmeübertrager und Wärmepumpe befinden sich im Gebäude, durch das ein Bypass des öffentlichen Abwasser-kanals geführt wird.

Systemlösung in Stuttgart

Seit 2010 bezieht die neu erstellte Sied-lung „Seelberg-Wohnen“ in Stuttgart-Bad Cannstadt Wärme aus dem öffentlichen Abwasserkanal. Sechs Mehrfamilienhäu-ser mit 111 Eigentumswohnungen und 10.500 m2 Gesamtwohnfläche sparen hier ca. 50 % Primärenergie bzw. CO2-Emissio-nen /3/. Die Ergebnisse sind in einer von

der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) geförderten Studie dokumentiert.

Abwasserkanal als Wärmeleitung

Nicht nutzbare Abwärme aus Kraftwer-ken und Industriebetrieben wird bisher arglos an unsere Umwelt abgegeben. Da-mit werden auf Umwelt schädigende Art Atmosphäre sowie Gewässer aufgeheizt. Hierbei handelt es sich um ein giganti-sches Abwärmepotenzial, das ohne allzu großen Aufwand nutzbar gemacht werden kann. Die Idee: Überschüssige Energie aus Kraftwerken und Industrie wird gezielt an den Abwasserstrom abgegeben, über das vorhandene Kanalnetz transportiert und stromabwärts wieder zum Heizen von Ge-bäuden entnommen. Mit modernen Weh-ren zur Kanalnetzbewirtschaftung wird dieses Abwasser und der darin enthaltene Energiefluss bedarfsorientiert gesteuert und gelenkt.Kanalnetzbewirtschaftung heißt die neue Disziplin in der Abwasserbranche. Der punktuelle Wärmeentzug oder die syste-matische Nutzung als Abwärmestrom wird seit 2013 u. a. beim jährlich stattfinden-den, von der Technischen Akademie Han-nover veranstalteten Branchentreff disku-tiert /4/. Mögliche Folgen für den Kanal-betrieb und die Kanalisation sowie deren Vermeidung hatte Prof. Dr.-Ing. Karsten Körkemeyer von der TU Kaiserslautern im Blick, als er beim 2. Deutschen Kanalnetz-bewirtschaftungstag am 1. Oktober 2014 in seinem Vortrag „Wärmerückgewinnung im Einklang mit der Netzbewirtschaftung“ auf die möglichen Auswirkungen erhöh-ter Temperaturen in Hybridnetzen zu spre-chen kam. Das sind Kanalnetze, die mit Abwärme aus Kraftwerken oder aus der Industrie bewusst „aufgeladen“ werden,

um einerseits die klimaschädigenden Aus-wirkungen von Kühltürmen auf die Atmo-sphäre zu vermeiden und andererseits die Abwärme in Fließrichtung weiter unten im Kanal zurückzugewinnen.

Abwärme nutzen, Klima schützen

Nach Körkemeyers Auffassung wäre eine dauerhafte Erhöhung der Temperatur bei häuslichem Abwasser auf 22 °C unschäd-

Zehn Prozent der Energiekosten werden einfach herunter gespült40 bis 50 l warmes Wasser ver-braucht ein Deutscher im Durch-schnitt pro Tag. Den größten Anteil daran haben Dusche und Bad sowie das Waschen. Und das ist teuer: Im Schnitt werden rund 10 bis 12 % der Energiekosten durch die Nutzung von warmem Wasser verursacht.Noch tiefer in die Tasche greifen müssen Verbraucher mit einer elektrischen Warmwassererzeugung. Sie geben mehr als das Doppelte für ihren Warmwasserverbrauch aus. Nach Angaben des Statistischen Bundesamtes betrifft das immerhin jeden vierten Haushalt.Dass so wenige Haushalte mit einem bewussten Warmwasserverbrauch versuchen, ihre Energiekosten zu senken, überrascht Florian Henle, Mitgründer des unabhängigen Öko-energieversorgers Polarstern. „Eine Minute lang Warmwasser laufen zu lassen, verbraucht weitaus mehr Energie, als wenn eine Energiespar-lampe eine Stunde lang leuchtet“. Insgesamt entfällt im Vergleich zur Beleuchtung durchschnittlich das Doppelte an Energiekosten auf den Warmwasserverbrauch. Die Wirkung eines bewussten Warmwasserver-brauchs ist bei energetisch vorbild-haften Gebäuden sogar noch deut-licher als bei Altbauten. Bei einem Passivhaus benötigt die Warmwas-serbereitung fast die Hälfte des Energieverbrauchs.Quelle: Polarstern GmbH 2014www.energie-aus-abwasser.de

Wärmeübertrager aus meterlangen Elementen auf der Sohle des vorhan-denen Kanals. Montage während der Nacht, mit engem Zeitfenster wegen begrenzter Rückstau-möglichkeit des Abwas-sers.

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lich. Seiner Meinung nach ließen sich bei höherem Wärmepotenzial im Kanal wegen der höheren Vorlauftemperaturen Wärme-pumpen effektiver betreiben. Er plädierte dafür, die bauliche Sanierung von Kanälen mit dem Einbau von Wärmetauschern zu kombinieren und dadurch finanzielle Mittel besonders effizient zu verwenden. Dann wäre der volkswirtschaftliche Nutzen die-ser Art von Energiegewinnung enorm.Körkemeyer verwies auf den 2011 veröf-fentlichten Arbeitsbericht „Nahwärmenetz Kanal“ von Fahl, U. u. a., Institut für Ener-giewirtschaft und Rationelle Energiean-wendung (IER) der Universität Stuttgart. Diese Studie zeigt den Zusammenhang von Kläranlagen, geeigneten Abwasser-kanälen, Industriegebieten und Gebieten mit hohem Wärmebedarf. Das Ergebnis offenbart, dass theoretisch mit der in unseren Kanälen vorhandenen Abwas-serwärme bereits heute 8,9 % des deut-schen Energiebedarfs für Raumwärme und Warmwasser gedeckt werden könnten. Zugleich würden damit 6,14 % der CO2-Emissionen privater Haushalte bzw. 0,76 % der gesamten deutschen CO2-Emissionen

vermieden. Das sind immerhin 6,5 Mio. t. Durch die zusätzliche Einspeisung von Abwärme ließe sich laut Studie bei 35 °C Abwassertemperatur das Potenzial für die Wärmeversorgung aus Abwasser um den Faktor 3 auf 28 % steigern. Es sei genü-gend Abwärme aus Kraftwerken und In-dustrieprozessen vorhanden, um das hier-für nötige Wärmepotenzial im Abwasser zu erzeugen. Und bei der CO2-Einsparung handle es sich dann um 20,7 Mio. t, gleich-bedeutend mit 19,46 % der Emissionen pri-vater Haushalte bzw. 2,4 % des gesamten deutschen Ausstoßes. Die Studie schließt mit dem Hinweis, „durch Abwärmenutzung bleiben Wertschöpfung und Arbeitsplätze im eigenen Land“. Wahrscheinlich bleiben sie sogar in der eigenen Kommune.

Literatur/1/ http://www.energie-aus-abwasser.

uhrig-bau.eu/de//2/ http://www.abwasserwaermenutzung.com//3/ http://www.ikz.de/nc/heizung/news/

article/50-weniger-primaerenergie-mit-kanalwaermenutzung-0052469.html

/4/ http://www.netzbewirtschaftung.de/

Weiterführende LiteraturDWA-Regelwerk: Merkblatt DWA- M 114. Energie aus Abwasser, Wärme und Lageenergie. (Hrsg.:) DWA, Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. Hennef, Juni 2009Energie aus Abwasser. Fachbuch aus der Reihe „gwf Praxiswissen“. Hrsg.: Christine Ziegler, Band III. Oldenbourg Industrieverlag, München, 2011Guigas, M.: Wärmeversorgung mit Wärmepumpe und Abwasserkanal- Wärmetauscher. DBU-Abschlussbe-richt zum Bauvorhaben Terrot-Areal in Stuttgart-Bad Cannstadt. EGS-plan Stuttgart, 2013König, K. W.: Wasser und Wärme. Wärmerückgewinnung aus Grauwasser. In: Grauwassernut-zung – ökologisch notwendig, ökonomisch sinnvoll. Fachbuch mit farbigen Abbildungen, 1. Auflage, 130 Seiten. Verlag iWater Wassertechnik, Troisdorf, 2013Lang, J. u a.: Info-Kompendium Abwasserwärmenutzung. Nachschlagewerk für Neueinsteiger und erfahrene Fachkräfte, entstanden unter der Schirmherr-schaft des staatlich geförderten Netzwerks e.qua. Ein Arbeits-instrument für Wasserwirtschaft, Behörden, Planer, Wohnungswirt-schaft und Industrie. Trialog Verlag Berlin, 2012

Gas

BHKWStrom

Gasmotorwärmepumpe

Wärme

Heizkennzahl = Wärme (BHKW + WP)/Gas = 1,85

WP

Abwasserwärme

Wärme

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Stuttgart-Bad Cannstadt. Berechnung der Heizkennzahl. Abwärme wird auf einer 76 m langen Strecke aus dem öffentlichen Abwasserkanal entnommen und dann der Wärmepumpe zugeführt.

BHKW allein Gaskessel allein

WP alleinAZ 4

BHKW + WPAZ 4

BHKW + WPAZ 2,5

BHKW + WPAZ 3,8

Anteil WP 55 %

8

ct/kWh

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5

4

3

2

1

0

2,2

6,26,9

4,9

2,92,3

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Stuttgart-Bad Cannstadt, Neubausiedlung Seelberg-Wohnen. Kosten der unterschied-lichen Wärmeerzeugung je kWh. In Blau die vier Alternativen, ganz links die 2010 aus-geführte Version. Im Herbst 2012 erfolgte eine Betriebsoptimierung. Rechts in Rot der Zustand vor, in Grün nach Veränderung der Sollwerte. Anteil Wärmepumpe an der Wassererzeugung vorher 46 %, nachher 55 %.

Stuttgart-Bad Cannstadt. Zwischen 2009 und 2012 wurden hier sechs Mehrfamilien häuser mit 111 Eigentumswohnungen erstellt. Der Wärmebedarf wird überwiegend aus Abwasserwärme gedeckt.

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