Bei der Abwasserwärmerückgewinnung wird dem Abwasser Energie entzogen und diese zur Heizung oder Kühlung von Gebäuden verwendet. Das Kernstück der Anlage ist ein Wärmetauscher, der dem Abwasser die Energie entzieht, sowie eine Wärmepumpe, die sie für die Gebäude nutzbar macht.

Entwicklung

Eine Vorreiterrolle in dieser Technologie nimmt die Schweiz ein. In Basel wurde die erste Anlage bereits 1982 gebaut. Sie versorgt bis heute das Garderobengebäude einer Sportanlage mit Heizwärme und Warmwasser. Mittlerweile wurden in der Schweiz mehrere weitere Anlagen realisiert, die die Raumheizung und vielfach auch die Warmwasserbereitung unterstützen. Seit 2004 betreibt die Uhrenfabrik IWC in Schaffhausen außerdem eine Anlage zur Klimatisierung (Kühlung).

In Deutschland betreiben die Stadtwerke Waiblingen seit 1986 ein Heizwerk, das mehrere öffentliche und private Gebäude mit Wärme aus Abwasser versorgt. Die Energie aus Abwasser macht dabei einen Anteil von ca. 13 % aus.

Weitere Anlagen wurden mittlerweile realisiert, die die Gebäude mit Energie zur Raumheizung, Warmwasserbereitung und Kühlung aus Abwasser versorgen. Bei diesen Anlagen beträgt der Anteil an Energieerzeugung aus Abwasser ca. 50-80 %. Für viele weitere Städte und Regionen wurden Projektstudien beauftragt und durchgeführt, die das Potenzial einzelner Standorte abklären.

 

Standorte von Abwasserwärmerückgewinnungsanlagen in Deutschland und der Schweiz (Quelle: Bundesverband WärmePumpe e.V.)

Standorte

Besonders günstig sind die Voraussetzungen für die Wärmerückgewinnung aus Abwasser dort, wo sich große Bauten oder Quartiere mit einem hohen Wärmebedarf, z.B. Verwaltungsgebäude, Gewerbebauten, Heime und ganze Wohnsiedlungen, in der Nähe von großen Abwasserkanälen befinden. Um eine Anlage wirtschaftlich zu betreiben, ist je nach System eine Größe ab 25 Wohneinheiten erforderlich. Für Einfamilienhäuser und kleinere Mehrfamilienhäuser, die nicht im Zusammenhang mit einem ganzen Wohnquartier versorgt werden können, sind die Anlagen nicht geeignet.

 

Systeme

Je nach Menge des vorhandenen Abwassers und Standort des Gebäudes kommen verschiedene Arten der Wärmerückgewinnung aus Abwasser infrage.

In Siedlungsgebieten kann vor allem die Wärmerückgewinnung aus dem Abwasserkanal umgesetzt werden. Dies bietet bei Gebäuden ohne kontinuierliche Abwassermenge, z.B. in Wohnquartieren, den Vorteil, dass das Abwasser von mehreren Gebäuden gesammelt wird und so insgesamt eine ausreichende und konstante Menge zur Verfügung steht.

Beim Neubau eines Kanals können vorgefertigte Elemente mit integriertem Wärmetauscher eingesetzt werden. Auch eine Nachrüstung bestehender Kanäle ist unter bestimmten Voraussetzungen möglich.

Bei Gebäuden mit einem hohen und konstanten Abwasseranfall, z.B. in Krankenhäusern, Industriebetrieben und Hallenbädern, kann die Wärme direkt innerhalb des Gebäudes aus dem Abwasser zurückgewonnen werden. Dazu wird das Abwasser vor der Einleitung in die Kanalisation in einem Speicher gesammelt, in dem ihm die Wärme entzogen wird. Eine hohe Abwassertemperatur im Speicher durch kurze Leitungswege ist der Vorteil dieses Systems.

Als dritte Variante ist eine Wärmerückgewinnung aus dem gereinigten Abwasser einer Kläranlage möglich. Dieses System ist allerdings nur dort anwendbar, wo die Entfernung zwischen Kläranlage und Gebäude nicht zu groß wird. Ein Vorteil dieses Systems ist der geringere technische Aufwand: Die Wärme wird über ein Einrohrsystem ohne Wärmetauscher direkt zur Heizzentrale transportiert.

 

Systeme der Wärmerückgewinnung aus Abwasser (Quelle: Bundesverband WärmePumpe e.V.)

Beim Betrieb einer Abwasserwärmerückgewinnung ist es unvermeidlich, dass sich am Wärmetauscher Schmutz, der sogenannte Biofilm, ablagert und damit die Effizienz des Wärmetauschers beeinträchtigt. Schon in der Planungsphase muss daher berücksichtigt werden, ob eine regelmäßige Reinigung oder eine Überdimensionierung des Wärmetauschers als Ausgleich vorgesehen wird.

Wärmeerzeugung

Auch für die Wärmeerzeugung gibt es verschiedene Varianten, die bei der Abwasserwärmerückgewinnung eingesetzt werden können. Grundsätzlich bildet eine Wärmepumpe das Kernstück der Wärmeerzeugung und kann bei Bedarf, z.B. für höhere Temperaturen oder eine bessere Versorgungssicherheit, durch weitere Techniken ergänzt werden.

Bei den meisten Abwasserheizungen wird ein bivalenter Betrieb, d.h. eine Kombination aus Wärmepumpe und Spitzenlastkessel, eingesetzt, um den Betrieb auch dann zu gewährleisten, wenn nicht ausreichend Wärme aus dem Abwasser zurückgewonnen wird. Die Wärmepumpe kann in diesem Fall auf den Grundlastbetrieb ausgelegt werden und erreicht dadurch eine bessere Jahresarbeitszahl als bei einer Anlage ohne Spitzenlastkessel. Der Anteil der Energie aus Abwasser ist trotzdem noch sehr hoch und auch die Investitionskosten sind niedriger als bei einer reinen Wärmepumpenanlage.

Bei einer Anlage ohne zusätzlichen Energieerzeuger, einem monovalenten Betrieb, werden deutlich größere Mengen an Abwasser benötigt, um den Betrieb zu gewährleisten. Außerdem ist die Jahresarbeitszahl niedriger als bei einem bivalenten Betrieb. Diese Lösung wird in erster Linie verwendet, wenn vollständig auf fossile Energieträger verzichtet werden soll. Um die Heizleistung variieren zu können und auch die Betriebssicherheit zu gewährleisten, können mehrere Wärmepumpen parallel geschaltet werden.

Bei sehr großem Wärmebedarf kommen auch multivalente Anlagen infrage. Sie kombinieren die Wärmepumpe mit einem Blockheizkraftwerk und erzeugen damit neben der Wärme für die Heizung auch Strom, der für den Betrieb der Wärmepumpe eingesetzt werden kann. Dieses System ist primärenergetisch die günstigste der drei Varianten.

 

Wärmeerzeugung durch Abwasser (Quelle: Bundesverband WärmePumpe e.V.)

Kühlung

Da die Energiegewinnung aus Abwasser hauptsächlich bei großen Gebäuden eingesetzt wird, liegt auch häufig ein Kühlbedarf vor, z.B. für die Klimatisierung von Verwaltungsräumen oder für gewerbliche Kühlzwecke. Hier kann der Vorteil genutzt werden, dass alle Bauteile der Wärmeerzeugung aus Abwasser auch für die Kühlung verwendet werden können. Die Anlagen nutzen häufig im Winter die Wärme zum Heizen und im Sommer die Kälte zur Kühlung. Es ist aber auch kombinierter Heiz- und Kühlbetrieb möglich.

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