Abwasserwärmerückgewinnung

Als Abwasserwärmerückgewinnung (AWRG) wird die Nutzung der im Abwasser enthaltenen Energie bezeichnet. Häusliches und Industrielles Abwasser haben ein hohes Potential an Wärme welche ungenutzt der Kanalisation zugeführt wird.

Konventionelle Verfahren

Die ersten Anlagen wurden schon vor über 30 Jahren realisiert und bis heute erfolgreich betrieben. Konventionelle Wärmetauscher (Platten/Rohrbündel) verstopfen nicht nur durch Feststoffe (Fäkalien), sondern auch durch Fette, welche sich an den abgekühlten Tauscherwänden ablagern. Zudem müssen die Systeme auch unempfindlich sein gegenüber Gegenständen, welche eigentlich nicht ins Abwasser gehören wie Küchenabfälle, Windeln und dergleichen. Durch das gegebene Temperaturniveau des Abwassers ist eine Direktnutzung nicht effizient realisierbar. Mit Hilfe von Wärmepumpen kann die gewünschte Ladetemperatur (<70 °C) erreicht werden. Dabei sind Leistungsziffern bis JAZ 4 (Jahresarbeitszahl) bei Kondensationstemperaturen von 60 °C durchaus realistisch. Im Vergleich zu anderen Wärmepumpensystem sollte bei einer umfassenden Betrachtung immer von einer gemessenen JAZ, bei derselben Kondensationstemperatur ausgegangen werden. Ein Vergleich mit dem COP widerspiegelt nur einen Betriebspunkt und entspricht nicht den realen Betriebsbedingungen. Um eine solche Anlage wirtschaftlich zu betreiben, wird je nach System eine minimale Größe von 25-50 Wohneinheiten benötigt. Für Einfamilienwohnhäuser und kleine Mehrfamilienhäuser sind solche Anlagen unwirtschaftlich, da der technische Aufwand für die Rückgewinnung von der Objektgröße prinzipiell unabhängig ist.

Abwasser aus dem kommunalen Kanalisationssystem

Anstelle der konventionellen Kanalisationsleitungen werden Betonelemente mit integriertem Wärmetauscher verbaut. Wo das nicht möglich ist, werden Wärmetauscherplatten aus Chromstahl in den bestehenden Kanal gelegt. Vom Wärmetauscher zirkuliert ein Solemedium zur Wärmepumpe. Dem durchschnittlich ~15 °C warmen Abwasser kann somit je nach kommunaler Vorschrift bis auf 5 °C Wärme entzogen werden. Voraussetzung für einen zuverlässigen Betrieb ist eine kontinuierliche Abwassermenge, was wiederum bedingt, dass das zu versorgende Objekt an einer großen Kanalisation oder in der Nähe einer ARA (Abwasserreinigungsanlage) gebaut wird. Wie bei allen AWRG-Lösungen ist das Thema Verschmutzung nicht zu vernachlässigen. Systembedingt bilden Feststoffe kein Problem, da sie bei genügend Volumenstrom einfach über den Tauscher gespült werden. Im Betrieb bildet sich ein so genannter Biofilm auf der Tauscheroberfläche, welcher eine isolierende Wirkung besitzt. Schon in der Projektphase muss dies berücksichtigt werden, da entweder eine periodische Reinigung oder eine entsprechende Überdimensionierung eingeplant werden muss. Eine Nutzung aus der Kanalisation bedarf der Bewilligung der Betreiber der Kanalisation, im Normalfall der Kommune. Vor allem bei Sanierungsarbeiten am Kanalsystem ist diese Lösung eine interessante Variante und bietet den Kommunen zudem die Möglichkeit, als Energiecontractor aufzutreten.

Abwasser direkt vom Objekt

Einbau WT mit Filter

Das Abwasser wird in einem außerhalb der Gebäudehülle liegenden Schacht zentral gesammelt und ihm mit einem Wärmetauscher die Energie entzogen. Die tageszeitlichen Schwankungen der Abwassermenge werden dadurch gepuffert. Das System kann somit auch für "kleinere" Objekte (>25 Wohneinheiten oder adäquate Wassermenge) eingesetzt werden. Auch bei dieser Lösung ist der Wärmetauscher und die Wärmepumpe durch einen Solekreislauf miteinander verbunden. Die Strecken zwischen Gebäudehülle und Schacht sind sehr kurz und die Verluste an die Umgebung minimal, wodurch die durchschnittlichen gemessenen Temperaturen etwa ~23 °C betragen. Entgegen dem Kanalisationssystem kann nur die Abwärme genutzt werden, welche aus dem Objekt stammt. Das wiederum bedingt, dass es nur für Bauvorhaben mit entsprechendem Abwasservolumen sinnvoll ist - prädestiniert sind Überbauungen, Hotels, Spitäler, Heime, Wellness/Bäder und Sportanlagen sowie Industrie mit Prozessabwärme. Durch den Einsatz der Wärmepumpe kann mit der Abwasserwärmerückgewinnung der Warmwasserbedarf wieder vollumfänglich gedeckt werden. Bezüglich Verschmutzung wird der im Schacht integrierte Filter einmal im Tag automatisch rückgespült. Alle 3-4 Jahre fällt ein Service durch einen Kanalreiniger an, welcher den Schacht von außen durch die Serviceöffnungen reinigt.

Fallleitung Wärmetauscher Verfahren

Ein Fallleitung-Wärmetauscher basiert auf dem Prinzip eines Fallfilmverdampfer und ist an den Zweck der Abwasserwärmerückgewinnung angepasst. Diese Apparaturen sind schon seit längerer Zeit in Nord Amerika in Gebrauch für das "Water Heat Recycling".

Funktion

Immer wenn Wasser durch ein senkrechtes Rohr fließt, wie es zum Beispiel bei unserem Abwasser im Haushalt der Fall ist, fließt das Wasser an der Außenwand des Fallleitungsrohrs und bildet dort einen dünnen Film, den man "Fallfilm" nennt. Dieser Film hat im Vergleich zu seinem Volumen eine sehr große Oberfläche. Dieses Volumen-Oberflächen-Verhältnis bedeutet ein sehr großes Potenzial für eine Wärmeübergabe. Im Fallleitung-Wärmetauscher (FWT) wird dieser Effekt ausgenutzt. Das abfließende Abwasser mit einer Temperatur zwischen 30 und 40˚C wird mit dem zufließenden Kaltwasser (6 - 14˚C) sozusagen in einen thermischen Kontakt gebracht. Das Abwasser wird dabei gekühlt und das zufließende Kaltwasser wird aufgewärmt. Dieser Vorgang geschieht während beide gleichzeitig durch den FWT fließen. Das angewärmte Kaltwasser fließt dann weiter in den Warmwasserbereiter. Wegen der erhöhten Zuflusstemperatur wird für die Warmwasserbereitung bis zu 35 % weniger Energie gebraucht. Einer der größten Warmwasser-Verbraucher ist die Körperpflege im Haushalt. Beim Duschen zum Beispiel findet dieser Fluss von warmem Abwasser und die Abnahme von Kaltwasser für die Wassererwärmung gleichzeitig statt. Deshalb ist dieser Vorgang für einen FWT geeignet.

Vorteile

Die FWT benötigen keine getrennten Abwasserleitungen oder Filtrierungen und eine regelmäßige Wartung ist auch nicht nötig. Das Abwasser wird nicht umgeleitet, gespeichert oder behandelt. Ein FWT ist gleichzeitig Abwasserfallrohr und Wärmerückgewinnungsapparat und benötigt keine Hilfsenergie. Diese Eigenschaften führen dazu, dass die Technologie FWT besonders geeignet ist für Sanierungsfälle und kleinere Wohngebäude, wo große, konventionelle Abwasser-Wärmerückgewinnungsanlagen sich nicht lohnen.

Fazit

Die aktuelle Haustechnik ist bezüglich Gebäudedämmung und Lüftung auf einem sehr hohen Niveau – weitere Verbesserungen zu erzielen wird immer aufwändiger und kostspieliger. Die Nutzung der Abwasserwärme stellt eine Möglichkeit, die Energiebilanz und Betriebskosten eines Objektes maßgeblich zu verbessern, dar. Die Abwasserwärmerückgewinnung mit Fallleitung Wärmetauscher ist schon heute wirtschaftlich und amortisiert sich schneller als viele andere Energiesparmaßnahmen.

Siehe auch

• Wärmerückgewinnung

Weblinks

• Broschüre "Heizen und Kühlen mit Abwasser - Ratgeber für Bauherrschaften und Gemeinden" (PDF-Datei; 886 kB)
• Broschüre "Wärmenutzung aus Abwasser - Leitfaden für Inhaber, Betreiber und Planer von Abwasserreinigungsanlagen und Kanalisationen (PDF-Datei; 4,20 MB)
• Energie aus Abwasser ; Schulungsunterlagen – System FEKA (PDF-Datei; 987 kB)
• Energie aus Abwasser – Allgemeine Informationen
• AquaReEnergieTrichter
• Preheat