Abwasserwärme Rückgewinnung - Wie Sie das Energiepotenzial messen und wirtschaftlich nutzen.
Inhaltsverzeichnis
Einführung in die Abwasserwärmenutzung
Warum Abwasser eine unterschätzte Energiequelle ist?
Das Abwasser hat ganzjährige recht hohe Temperaturen von ca. 12 - 20 °C. Dabei sind die Temperaturen im Sommer mit 17 - 20 °C etwas wärmer als mit 12 - 15 °C im Winter, laut den Berliner Wasserbetrieben.
Besonders interessante Temperaturen entstehen durch die Einleitung von warmem Abwasser durch z.B. Duschen, Prozesswasser von Gewerbe-/Industriebetrieben, Schwimmbädern etc..
In Einzelfällen, z. B. Abwasser einer Hotel- oder Resortanlage mit Pool, Sauna oder Wellnessbereich, können auch Temperaturen von knapp 30 °C in der Spitze erreicht werden.
Dadurch kann mithilfe des Abwasserwärmestroms eine Wärmepumpe sehr effizient betrieben werden, da die Temperaturdifferenz zum Heizkreis durch die Abwasserwärme kleiner und konstanter ist als bei z.B. einer Luftwärmepumpe.
In Deutschland könnte potenziell 5 - 10 % des Gebäudewärmebedarfs durch Abwasserwärmepumpen gedeckt werden. (VKU/DWA 2024)
Um diese Energie zu nutzen, wird über einen Wärmetauscher im Kanal ein Wärmeträger erwärmt, dieser zwischen Schritt ist notwendig, da die im Abwasser enthaltenen Feststoffe in der Wärmepumpe zu Problemen führen könnten.
Dieser Wärmeträger kann dann in der Wärmepumpe genutzt werden.
Rahmenbedingungen zum Heizen mit Abwasserwärme
Um die Wirtschaftlichkeit der Abwasserwärmenutzung zum Heizen zu prüfen, müssen verschiedene Faktoren berücksichtigt werden.
- Die Entfernung zwischen Kanal und Gebäude
- Die Nennweite des Kanals
- Die Durchflussmenge im Kanal
- Die Temperatur im Kanal
Je größer die Entfernung zwischen Gebäude und Abwasserkanal ist, desto aufwendiger ist der Transport der Wärmeenergie. Daher sollte hier eine möglichst kurze Distanz eingeplant werden.
Ein weiterer praktischer Faktor ist die Kanalnennweite, diese sollte mindestens 600 bis 800 mm betragen.
Ist der Kanal zu klein, kann zum einen, die benötigte Hardware schwerer installiert und gewartet werden, andererseits kann die im Kanal geführte Abwassermenge zu gering für eine thermische Nutzung sein.
Die benötigte Durchflussmenge ergibt sich in Kombination mit der Temperatur des Abwassers.
Bei höheren Temperaturen kann eine kleinere Durchflussmenge verwendet werden, oder bei höheren Durchflüssen kann auch bei niedrigeren Temperaturen die Energie genutzt werden.
Die nutzbare Energie kann durch den kalorischen Ansatz errechnet werden, QEnergie= V * ρ * Cp * ΔT
Zur thermischen Nutzung des Abwassers wird das Wasser im Abwasserkanal um 1 bis 3 Kelvin abgekühlt.
Daraus ergibt sich bei dem von den Berliner Wasserbetrieben angegebenen Mindestvolumenstrom von 15 l/s und einer Abwassertemperatur von 15 °C ein Energiestrom von 61,72 kW bei ΔT 1K und 185,16 kW bei ΔT 3K.
Bei dieser Abkühlung gibt es zwei Faktoren zu berücksichtigen.
- Je größer die Abkühlung, desto größer die gewonnene Energiemenge.
- Bei der Abkühlung muss der Einfluss auf die Abwasserreinigungsanlagen beachtet werden.
Die Biologie in den Kläranlagen benötigt eine gewisse Mindesttemperatur, damit sie erfolgreich das Abwasserreinigen kann. Fällt diese Temperatur zu stark ab, kann etwa die Ammonium (NH4) Belastung im Auslauf erhöht werden. (VSA 2004)
Allgemein wird angenommen, dass eine Abkühlung des Abwassers im Einlaufbereich der Kläranlage um 0,5 K eher unbedenklich ist, bei einer Abkühlung darüber hinaus muss eine Einzelfallprüfung durchgeführt werden. Die Einlauftemperatur sollte die 12 °C nicht unterschreiten. (VKU/DWA 2024)
Messung des Abwasserwärmepotenzials
Um zu ermitteln, ob sich das Heizen mit Abwasserwärme lohnt, muss zunächst eine Messkampagne durchgeführt werden.
Aufgabenstellung einer Abwasserwärmerückgewinnungs Potenzialmessung
Erfassung von Füllstand, Durchfluss und Abwassertemperatur in geeigneter zeitlicher Auflösung.
Zusätzlich kann gegebenenfalls die Niederschlagsmenge erfasst werden, um den Einfluss von Regenereignissen auf die Temperatur zu evaluieren.
Ggf. Übertragung der Daten per Mobilfunkverbindung an einen Server.
Planung einer Abwasserenergiemessung
Zunächst muss eine geeignete Messstelle gefunden werden, dabei gilt es zu beachten:
- Nähe zu den mit Wärme zu versorgenden Objekten
- Eignung der näheren Umgebung für einen Wärmetauscher
- Beachtung von externen Zuflüssen, zwischen Messstelle und geplanten Wärmetauschern. Insbesondere sehr warme Abwasserquellen oder Regenwassereinleitungen im Mischkanal.
- Hydraulische Eignung der Messstelle. Einhaltung entsprechender Abstände zu hydraulischen Störquellen.
In der Regel sollte für ein gutes Strömungsprofil eine Einlaufstrecke von 10x Rohrnennweite im Einlauf und 5x Rohrnennweite im Auslauf eingehalten werden.
Dabei gilt es ist besser, die Messung vor einer Störstelle, z. B. Einmündung, zu verbauen als dahinter.
Gerne unterstützen wir Sie bei der Auswahl einer geeigneten Messstelle.
Bitte schicken Sie uns dazu folgende Informationen per Mail:
Nennweite, Profilform (Ei, Kreis …), Rohrplan (wenn vorhanden), Gefälle, Min. Mit. Max. Füllstände oder Abflussleistung (wenn vorhanden), Fotos von dem Installationsschacht und der Rohrleitung.
Für ein Angebot wäre darüber hinaus noch notwendig, Mietdauer, Datenfernübertragung. Wenn ein Einbau gewünscht ist, auch die Adresse für die Anfahrt mit aufgeben.
Mail: mab@ehlers.gmbh Tel.: 04207 91 21 23 oder nutzen unser Kontaktformular
Durchführung einer Abwasserwärmeenergie-Messung
- Einbau/ Inbetriebnahme
- Überprüfung
- Ausbau der Messung
- Datenübergabe
-
Visualisierung der Daten nach Kundenwunsch
Geeignete Messtechnik für eine Abwasser-Wärmepotenzial-Messung
Für diese Messung eignet sich ein Q-Eye PSC Portabel mit Temperaturmessung.
Dieses Messgerät besteht aus einer Kanalmaus und einer externen Füllstands- und Temperaturmessung.
Durch die Montage auf einem Metallspannmodul kann die Installation bei großen Nennweiten, z.B. Ei-Profil 1330/2000, ohne komplette Entleerung des Kanals durchgeführt werden.
Jedoch sollte der Füllstand möglichst auf 20 - 50 cm abgesenkt werden, damit ein Zugang möglich ist.
Bei kleinen Nennweiten ist teilweise eine nahezu komplette Entleerung notwendig.
Die Kanalmaus erfasst mithilfe des Doppler-Prinzips in bis zu 18 Messzellen die Fließgeschwindigkeit, und so auch bei ungünstigeren Strömungsbedingungen ein genaues Messergebnis erzielt.
Während der Messkampagnen können die Messdaten über das Mobilfunknetz an eine Messdatencloud oder einen FTP-Server gesendet werden.
Ein Betrieb ist allerdings auch ohne Cloud möglich, da das Messgerät die erfassten Daten auf dem internen Speicher ablegt, sodass diese als CSV-Datei ausgelesen werden können.
Bei einer dauerhaften Abwasserwärmemengenmessung kann ein stationäres Q-Eye verwendet werden, hier ist eine Temperaturmessung direkt durch die Kanalmaus möglich. Wenn die Strömungsbedingungen gut sind, kann hier auch die berührungslose Geschwindigkeitsmessung mittels eines Radargeschwindigkeitssensors benutzt werden, sodass weniger Wartungsaufwand durch Reinigung der Kanalmaus entsteht.
Jedoch muss hier ein externer Temperaturfühler verbaut werden.
Eine Messkampagne über einen Monat kann inklusive Inbetriebnahme zwischen 2.500 und 3.900 € gerechnet werden (Je nach Anfahrtszeit und Aufwand können die Kosten abweichen)
Für ein Angebot einer Messkampagne oder bei Fragen melden Sie sich gerne bei Hr. Blecker Mail: mab@ehlers.gmbh Tel.: 04207 91 21 23 oder nutzen unser Kontaktformular
Quellen:
VKU/DWA 2024: Abwasserwärme effizient nutzen, Verband kommunaler Unternehmen e. V. (VKU) https://www.vku.de/fileadmin/user_upload/Verbandsseite/Publikationen/2024/VKU_DWA_INfO_Abwasserw%C3%A4rme-WEB-PDF.pdf
VSA 2004: WÄRMENUTZUNG AUS ABWASSER, R. Buri, B. Kobel, Ryser Ingenieure AG https://um.baden-wuerttemberg.de/fileadmin/redaktion/m-um/intern/Dateien/Dokumente/5_Energie/Energieeffizienz/Abwasserwaermenutzung/Leitfaden_Ratgeber/Leitfaden_Waerme_aus_Abwasser.pdf