97
Hochschule RheinMain University of Applied Sciences Fachbereich: Architektur und Bauingenieurwesen Studiengang: Bauingenieurwesen BACHELORTHESIS Energie aus Abwasser Zum Erlangen des akademischen Grades Bachelor of Engineering B. Eng. (FH) eingereicht von: Justus ANTON Matrikelnummer: 466995 Anschrift: Pfarrer - Abel - Str. 15 67434 Neustadt Prüfer: Prof. Dr.-Ing. H. Eckhardt, Dipl.-Ing. P. Guckelsberger

BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

  • Upload
    others

  • View
    2

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Hochschule RheinMain

University of Applied Sciences

Fachbereich: Architektur und Bauingenieurwesen

Studiengang: Bauingenieurwesen

BACHELORTHESIS

Energie aus Abwasser

Zum Erlangen des akademischen Grades

Bachelor of Engineering

B. Eng. (FH)

eingereicht von: Justus ANTON

Matrikelnummer: 466995

Anschrift: Pfarrer - Abel - Str. 15

67434 Neustadt

Prüfer: Prof. Dr.-Ing. H. Eckhardt, Dipl.-Ing. P. Guckelsberger

Page 2: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Inhaltsverzeichnis

II

Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis ................................................................................................... II

Aufgabenstellung ................................................................................................. VII

Veranlassung und Zielsetzung ............................................................................. VII

Bearbeitungspunkte ............................................................................................ VIII

Eidesstattliche Versicherung ................................................................................... X

Vorwort ............................................................................................................... - 1 -

1. Einleitung ........................................................................................................ - 1 -

2. Gesetzliche Grundlagen der AWN ................................................................. - 3 -

3. Aktuelle Techniken und Möglichkeiten ......................................................... - 4 -

3.1 Techniken der Wärmerückgewinnungssysteme ....................................... - 4 -

3.1.1 Rückgewinnung im Abwasserkanal (Hauptstrom) ............................ - 5 -

3.1.2 Rückgewinnung am Objekt ............................................................... - 6 -

3.1.3 Rückgewinnung im Gebäude ............................................................. - 8 -

3.1.4 Rückgewinnung außerhalb des Kanals (Nebenstrom) ....................... - 9 -

3.2 Stromgewinnung aus Lageenergie und Strömungsenergie ..................... - 10 -

3.2.1 Turbine ............................................................................................. - 10 -

3.2.2 Wasserkraftschnecke ....................................................................... - 11 -

3.3 Abwasserturbine ..................................................................................... - 12 -

4. Marktanalyse und Zufriedenheit von Betreibern .......................................... - 13 -

4.1 Rahmenbedingungen für Wärmerückgewinnung aus Abwasser ............ - 13 -

4.2 Vergleich der umgesetzten Projekte ....................................................... - 15 -

4.3 Auswertung der verschiedenen Wärmerückgewinnungssysteme ........... - 16 -

4.4 Risiko bei Eigenbetrieb und Energie-Contracting .................................. - 19 -

5. Einsatzmöglichkeiten der Wärmerückgewinnungs-Systeme in Haushalt,

Kommune und Industrie ................................................................................... - 20 -

5.1 Wärmerückgewinnung im Haushalt ....................................................... - 20 -

5.2 Wärmerückgewinnung in der Kommune ................................................ - 21 -

5.3 Wärmerückgewinnung in der Industrie .................................................. - 21 -

6. Betrachtung der Wärmetauscher unter ökologischen und ökonomischen

Gesichtspunkten ................................................................................................ - 23 -

6.1 Einfluss der Wärmegewinnungsanlagen auf die Kläranlage .................. - 24 -

7. Praxisprojekte ............................................................................................... - 26 -

7.1 Gesundheitshaus Leverkusen .................................................................. - 26 -

7.2 Pilotprojekt zur Gewinnung elektrischer Energie ................................... - 28 -

7.3 Industrieabwasser erwärmt Fernwärmenetz ........................................... - 29 -

7.4 Wärmerückgewinnung in einer Krankenhauswäscherei ......................... - 31 -

8. Bewährte Systeme aus der Praxis ................................................................. - 34 -

9. Visionäre Ansätze und Ausblick ................................................................... - 36 -

10. Literaturverzeichnis .................................................................................... - 38 -

Anhang .............................................................................................................. - 40 -

Page 3: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Abbildungsverzeichnis

III

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Funktionsschema Wärmetauscher/Wärmepumpe ........................ - 5 -

Abbildung 2: Funktionsschema Fallleitungswärmetauscher .............................. - 8 -

Abbildung 3: Fallleitungswärmetauscher ........................................................... - 8 -

Abbildung 4: Entnahmebauwerk und Wärmetauscher ....................................... - 9 -

Abbildung 5: Kaplan-Turbine ........................................................................... - 11 -

Abbildung 6: Kleinstwasserkraftwerk Blue Synergy EE ................................. - 12 -

Abbildung 7: Übersicht über die Nutzung der Abwasserwärme in Aurich ...... - 30 -

Page 4: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Tabellenverzeichnis

IV

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Wärmerückgewinnung im Kanal (Permanent) ................................ - 15 -

Tabelle 2: Direkt Wärmerückgewinnung am Beispiel einer Krankenhauswäscherei

.......................................................................................................................... - 16 -

Tabelle 3: Duschwärmetauscher (begrenzte Betriebszeit) ................................ - 16 -

Tabelle 4: Betriebskosten der Krankenhauswäscherei ..................................... - 18 -

Tabelle 5: Risiko bei Eigenbetrieb und Energie-Contracting ........................... - 19 -

Tabelle 6: Daten zum Gesundheitshaus ............................................................ - 26 -

Tabelle 7: Mögliche Themen zur Untersuchung .............................................. - 36 -

Page 5: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Bilderverzeichnis

V

Bilderverzeichnis

Bild 1: Im Kanal verlegte Wärmetauscherelemente ........................................... - 4 -

Bild 2: Einzug der Wärmetauschermatte ............................................................ - 6 -

Bild 3: Einbau eines Wärmetauschermoduls in einen Abwasserschacht ........... - 7 -

Bild 4: Wasserkraftschnecke ............................................................................ - 11 -

Bild 5: Gesundheitshaus Leverkusen ................................................................ - 26 -

Bild 6: Kanalrohr mit integriertem Wärmetauscher ......................................... - 28 -

Bild 7: Wärmetauscher ..................................................................................... - 32 -

Page 6: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Abkürzungsverzeichnis

VI

Abkürzungsverzeichnis

AWNA Abwasserwärmenutzungsgasanlagen

AWN Abwasserwärmenutzung

EEWärmeG Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz

EnEV Energieeinsparverordnung

DWA Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und

Abfall e.V.

WT Wärmetauscher

Page 7: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Aufgabenstellung

VII

Aufgabenstellung

Bachelorthesis im Studiengang Bauingenieurwesen

für Herrn Justus Anton

Energie aus Abwasser

Veranlassung und Zielsetzung

Die Öl- und Benzinpreise haben 2012 neue Rekordhöhen erreicht. Weitere Ölkri-

sen, wie man sie in Deutschland schon seit den siebziger Jahren kennt, sind ab-

sehbar. Alle Anzeichen deuten daraufhin, dass es sich beim Erdgas über kurz oder

lang ähnlich verhalten wird, da Deutschland auch bei diesem Energieträger auf

Import angewiesen ist. Der Landschaftszerstörende Kohleabbau kann ebenfalls

keine Zukunftslösung sein. All diesen Energiequellen ist eines gemeinsam: Sie

sind endlich und daher nur noch für eine begrenzte Zeit verfügbar.

Die verheerenden Atomkatastrophen von Tschernobyl 1986 und Fukushima 2011

sowie eine Vielzahl kleinerer und/oder weniger bekannt gewordener Nuklearun-

fälle und vor allem das nicht lösbare Problem der Lagerung radioaktiver Abfälle

stellt im Hinblick auf kommende Generationen ein unkalkulierbares Risiko dar,

sodass verantwortungsvolle Wissenschaftler vor der weiteren Anwendung der

Atomkraft warnen.

In Deutschland wird der als „Revolution in der Energiepolitik“ 2011 angekündigte

Ausstieg aus der Atomenergie und die Verbrauchsreduktion der o.a., klimaschäd-

lichen Rohstoffe Erdöl, Erdgas und Kohle nur gelingen, wenn ein Mix aus Ener-

giesparmaßnahmen kombiniert mit der Anwendung und Förderung nachwachsen-

Page 8: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Aufgabenstellung

VIII

der, regenerativer Energiequellen sowie das Erforschen und Erschließen „neuer“

und nachhaltiger Energiequellen zur Umsetzung kommt.

In diesem Mix stellt die Wärmerückgewinnung aus Medien, die in den Industrie-

ländern täglich in großer Menge anfallen, wie z.B. Warmluft und Warmwasser

eine Art „neue Energiequelle“ dar, deren effektive Nutzung ein Schritt auf dem

Weg aus der Atomenergie sowie ein Beitrag zum Klimaschutz und zur Schonung

fossiler Brennstoffe sein kann.

Bearbeitungspunkte

1. Vor diesem Hintergrund sollen im Rahmen dieser Arbeit die aktuellen

Möglichkeiten aber auch visionäre Ansätze der „Energiegewinnung aus

Abwasser“ (Wärme und Strom) recherchiert und die Grundlagen der je-

weiligen Verfahren neutral dargestellt werden.

2. Basierend auf den Rechercheergebnissen und Systembeschreibungen aus

(1) ist eine systemvergleichende Marktanalyse durchzuführen (Excel-

Tabelle). Für den Vergleich sind vom Bearbeiter eigenständig Kriterien

und Parameter zu wählen, die zum einen dem Kaufinteressenten eine mo-

netäre Entscheidungshilfe (Baukosten, Betriebskosten, Wartungsaufwand,

Amortisationszeit) sein können als auch die ökologischen Stärken und

Schwächen eines Systems (Umweltverträglichkeit, Nachhaltigkeit, Effizi-

enz) erkennen lassen.

3. Das täglich in jedem deutschen Haushalt anfallende Warmwasser als

Energiequelle zu nutzen, könnte bei flächendeckender Anwendung einen

großen Effekt auf die o. a. Ziele haben. Daher ist der „Ab- bzw. Warm-

wasserwärmerückgewinnung“ in Haushalt, Kommune und Industrie ein

gesondertes Kapitel zu widmen.

4. Anschließend sind mindestens 3 Praxisprojekte vorzustellen. Die ausge-

wählten Praxis-Projekte:

Können sich in Planung, Bau oder Betrieb befinden

Mindestens ein Projekt sollte länger als ein Jahr in Betrieb sein

Page 9: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Aufgabenstellung

IX

Monitoringprojekte sind auf Grund der hohen Datenbasis vorzu-

ziehen

Aktuelle Anfragen/Interviews mit Betreibern zum Stand und Zu-

friedenheit

5. Die Resultate aus (2) und (3) und (4) sollten im Idealfall in einem „Best

Practice Guide“ münden.

6. Gesetzliche Regelungen in Deutschland

7. Eigene Ideen/Konzepte, Visionen und Ausblicke

Page 10: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Eidesstattliche Versicherung

X

Eidesstattliche Versicherung

Hiermit versichere ich, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig und ohne

Benutzung anderer als der angegebenen Hilfsmittel angefertigt habe. Alle Stellen,

die wörtlich oder sinngemäß aus veröffentlichten oder nicht veröffentlichten

Quellen entnommen sind oder auf Mitteilungen beruhen, sind als solche kenntlich

gemacht.

Die Arbeit hat in gleicher oder ähnlicher Form noch keiner anderen Prüfungsbe-

hörde vorgelegen.

Ort, Datum Unterschrift

Page 11: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Einleitung

- 1 -

Vorwort

Die Form dieser Bachelorthesis orientiert sich an der „Gestaltung von wissen-

schaftlichen Arbeiten“, die von der Hochschule RheinMain zur Verfügung gestellt

wurde. Die Bearbeitung der Thesis erfolgte innerhalb von 4 Wochen.

Die erstellte Umfrage ist keine repräsentative Umfrage. Sie zeigt lediglich mögli-

che Tendenzen auf.

1. Einleitung

Durch die steigenden Energiepreise wird weltweit nach Lösungen gesucht, den

Energiebedarf von Haushalten und der Industrie durch umweltfreundlichere und

erneuerbare Energien zu decken. Durch die Ölkrise in den Siebzigern wurde klar,

wie abhängig die Gesellschaft von Rohstoffen ist. Um diese Abhängigkeit zu ver-

ringern, ist es wichtig die benötigte Energie optimal und effizient einzusetzen. Um

in absehbarer Zeit den Ausstieg aus der Atomenergie und die Abhängigkeit von

klimaschädlichen Rohstoffen zu minimieren, wird es zunehmend bedeutender,

den Energiebedarf durch vielfältige Energiesparmaßnahmen zu minimieren. Dar-

über hinaus sollten nachwachsende und regenerative Energiequellen erforscht und

eingesetzt werden.

Abwasser fließt 24 Stunden am Tag durch unsere Kanalisationsnetze, mal wär-

mer, mal kälter. In diesem Abwasser steckt eine enorme Menge an Wärmeenergie,

welche ungenutzt durch die Kanäle fließt. Durch spezielle Wärmetauscher kann

die Abwasserwärme entzogen und zum Heizen und Kühlen benutzt werden. Die

Wärmetauscher können überall dort eingesetzt werden, wo warmes Wasser unge-

nutzt fließt. In Abwasserkanälen oder in industriellen Anlagen ist warmes Abwas-

ser ausreichend vorhanden. Es stellt eine langfristig sichere Energiequelle mit

kontinuierlich hohem Wärmeangebot dar. Mit Hilfe einer Wärmepumpe und den

Wärmetauschern kann diese Wärmeenergie zurückgewonnen werden.

Page 12: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Einleitung

- 2 -

Da ausreichend Wärmepotenzial im Abwasser vorhanden ist und heute ausgereifte

Technik zu dessen Nutzung zur Verfügung steht, sollte diese Energiequelle mehr

genutzt werden.

In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Möglichkeiten der Abwasser-

wärmenutzungsgasanlagen (AWNA) vorgestellt, sowie die Möglichkeiten der

Stromerzeugung aus Abwasser. Es erfolgt eine Darstellung der auf dem Markt

befindlichen Systeme. Diese werden hinsichtlich Bau- und Betriebskosten, sowie

Wartungsaufwand und Effektivität verglichen. Des Weiteren wird eine Befragung

von Kunden vor dem Hintergrund der Zufriedenheit und der praktischen Effizienz

durchgeführt. Diese werden dann zusammenfassend dargestellt und bewertet.

Weitere Möglichkeiten der Energiegewinnung aus Abwasser, wie beispielsweise

die Verwertung aus Klärschlamm zu Biogas, werden in dieser Arbeit nicht unter-

sucht.

Page 13: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Gesetzliche Grundlagen der AWN

- 3 -

2. Gesetzliche Grundlagen der AWN

Kanalnutzungsrecht

Zum Einbau von Wärmetauschern in Kanäle muss die zuständige Kommune ein

Kanalnutzungsrecht erteilen.

Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz

Ein wichtiges Gesetz zur Förderung von Wärmetauschern ist das Erneuerbare-

Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG). Es schreibt vor, dass bei Neubauvorhaben

ein Anteil erneuerbarer Energien zu berücksichtigen ist. Die Abwasserwärmenut-

zung ist als sogenannte Ersatzmaßnahme zu berücksichtigen.

Das heißt, alle Neubauten müssen einen Teil des benötigten Wärme-

Kälteenergiebedarfs mit erneuerbarer Energie decken, dieser liegt zwischen 15

und 50 Prozent, je nach Art der bezogenen erneuerbaren Energie. Die folgende

Auflistung zeigt den Anteil der benötigten erneuerbaren Energie am gesamten

Wärme- und Kälteenergiebedarf des Gebäudes.

Solare Strahlungsenergie mindestens 15%

Gasförmige Biomasse mindestens 30%

Geothermie und Umweltwärme mindestens 50%

Ersatzmaßnahmen (Abwasserwärme) 50%

Ausnahmen und genauere Regelungen sind dem EEWärmeG zu entnehmen [vgl.

http://www.gesetze-im-internet.de/bundesrecht/eew_rmeg/gesamt.pdf

[15.08.2013]].

Page 14: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Aktuelle Techniken und Möglichkeiten

- 4 -

3. Aktuelle Techniken und Möglichkeiten

Es gibt verschiedene Ansätze die Energie aus Abwasser zu nutzen und wiederzu-

gewinnen. Die Entnahme kann im Verlauf des Abwasserfließweges, also auf dem

Weg vom Erzeuger bis in die Kläranlagen, an verschiedenen Stellen erfolgen. In

der Regel ist der Wirkungsgrad umso höher, je näher die Vorrichtung zur Wärme-

rückgewinnung dem Ort des Abwasseranfalles liegt, da dort noch keine großen

Wärmeverluste an die Umgebung abgestrahlt sind.

3.1 Techniken der Wärmerückgewinnungssysteme

Eine Möglichkeit, die Wärme aus dem Abwasser zu nutzen, ist die Abwasser-

wärmerückgewinnung. Das Grundprinzip ist bei allen Anlagen ähnlich.

Bild 1: Im Kanal verlegte Wärmetauscherelemente

Quelle: Uhrig Straßen-Tiefbau GmbH

Gebäudeerwärmung

„Durch einen Wärmetauscher wird dem Abwasser Wärme entzogen und durch

eine Wärmepumpe auf ein nutzbares Wärmeniveau „hochgepumpt“. Aus Gründen

der Wirtschaftlichkeit wird zumeist zusätzlich eine konventionelle Zusatzheizung

Page 15: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Aktuelle Techniken und Möglichkeiten

- 5 -

zur Abdeckung der Spitzenlast integriert“ [Bergmann T., Wanneke M. (2012), S.

28].

Gebäudekühlung

„Im Gegensatz zu konventionellen Heizsystemen kann eine AWNA auch zu

Kühlzwecken im Sommer genutzt werden; in diesem Fall wird die Raumwärme

über das Abwasser abgegeben“ [Bergmann T., Wanneke M. (2012), S. 28].

Die aktuellen Techniken werden in den folgenden Kapiteln beschrieben.

3.1.1 Rückgewinnung im Abwasserkanal (Hauptstrom)

„Diese Option ist besonders ergiebig, da ausreichende Wassermengen kontinuier-

lich zur Verfügung stehen“ [http://www.waerme-aus-abwasser.de/97.html

[06.08.13]].

Bei diesem System werden Wärmetauscher, die aus mehreren Elementen beste-

hen, auf den Boden des Kanals gelegt. Das Abwasser fließt darüber, wodurch das

Medium im Wärmetauscher die Wärmeenergie aufnimmt und zur Wärmepumpe

weiterleitet. Dadurch, dass sie aus einzelnen Elementen zusammengebaut werden,

ist die Länge und somit die erforderliche Entzugsleistung auf jedes Projekt ein-

fach anzupassen.

Abbildung 1: Funktionsschema Wärmetauscher/Wärmepumpe

Quelle: Rabtherm

Page 16: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Aktuelle Techniken und Möglichkeiten

- 6 -

Einbauvoraussetzungen

Der Kanaldurchmesser sollte hierbei zwischen DN800 – DN3000 liegen [vgl.

http://www.uhrig-bau.eu/de/therm_liner/thermliner_form_a/ [15.08.13]], da der

Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss.

„Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle erst ab

der DN800 manuell eingebaut werden“ [Deutsche Vereinigung für Wasserwirt-

schaft, Abwasser und Abfall e.V. (Hrsg.) (2008), S. 21].

Um aus kleineren Querschnitten (DN300 – DN1000) die Wärmeenergie zu nut-

zen, gibt es die Möglichkeit mit einer Wärmetauschermatte zu arbeiten. Diese

wird mit Hilfe einer Seilwinde in den Kanal gezogen, anschließend mit Druckluft

aufgestellt und mit UV-Licht ausgehärtet. Bei jener Methode ist es auch möglich,

dass der Kanal gleichzeitig abgedichtet wird. Dies geschieht mittels einer vorher

eingezogenen Matte, die auch wieder den oben beschriebenen Vorgang erfährt

[vgl. http://www.brandenburger.de/de/kanalsanierung/Heatliner/, [15.08.2013]]

Bild 2: Einzug der Wärmetauschermatte

Quelle: Brandenburger Liner GmbH & Co. KG

3.1.2 Rückgewinnung am Objekt

Bei diesem System wird das Abwasser in einem außerhalb des Gebäudes liegen-

den Schacht gesammelt und die Wärmeenergie mittels Wärmetauscher entzogen.

Die Entfernung zwischen dem Schacht und der Heizzentrale des Gebäudes sollen

Page 17: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Aktuelle Techniken und Möglichkeiten

- 7 -

so kurz als möglich sein, da nur so ein geringer Wärmeverlust an die Umwelt

stattfindet und die Systemeffektivität steigt.

Dadurch, dass das anfallende Abwasser des Gebäudes in einem Schacht gespei-

chert wird, können tageszeitliche Schwankungen abgefangen werden. Im Gegen-

satz zu der Wärmerückgewinnung im Kanal hat dieses System den Vorteil, dass

die Abwässer nicht erst durch den Abwasserkanal fließen, sondern auf dem kür-

zesten Wege zu dem Wärmetauscher gelangen, wodurch das Abwasser noch hohe

Temperaturen hat. Das System kann dort wirtschaftlich betrieben werden, wo viel

warmes Abwasser anfällt, wie z. B.:

Wohnanlagen,

Hotels,

Wäschereien,

Schwimmbäder,

Sportanlagen und bei

industriellen Anlagen, bei denen Prozessabwärme entsteht.

Bild 3: Einbau eines Wärmetauschermoduls in einen Abwasserschacht

Quelle: FEKA

Page 18: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Aktuelle Techniken und Möglichkeiten

- 8 -

3.1.3 Rückgewinnung im Gebäude

Abbildung 2: Funktionsschema Fallleitungswärmetauscher

Quelle: PREHEAT

Durch sogenannte Fallleitungswärmetauscher wird das warme Wasser, welches

beim Duschen anfällt, aus dem Abwasserrohr bereits „innerhalb“ der Gebäude am

Ort des Anfalls entzogen. Im gleichen Moment wird die gewonnene Wärmeener-

gie an das kalte Frischwasser abgegeben, wodurch das Duschwasser erwärmt

wird. Dieses System funktioniert nur, wenn durch das Abwasserrohr warmes

Wasser fließt und gleichzeitig warmes Wasser verbraucht wird.

Abbildung 3: Fallleitungswärmetauscher

Quelle: PREHEA

Page 19: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Aktuelle Techniken und Möglichkeiten

- 9 -

3.1.4 Rückgewinnung außerhalb des Kanals (Nebenstrom)

„Externe Systeme kommen dann bevorzugt zum Einsatz, wenn die räumlichen

oder örtlichen Gegebenheiten im Abwasserkanal dort keinen direkten Einbau zu-

lassen“ [Bergmann T., Wanneke M. (2012), S. 29].

Über ein Entnahmebauwerk wird ein Teilstrom des Abwassers aus dem Abwas-

serkanal entnommen und mit einer Filteranlage grob vorgefiltert. Als Nächstes

wird das vorgefilterte Abwasser in einen Wärmetauscher geleitet, der sich an der

Oberfläche befindet. Der Wärmetauscher wird, wenn möglich, im Freispiegel

durchströmt, womit stabile hydraulische Verhältnisse und ein guter Wärmeüber-

gang geschaffen werden. Die Übertragung der gewonnen Wärmeenergie erfolgt

auf ein sauberes Trägermedium, wie z. B. Wasser, welches dann zur Wärmepum-

pe transportiert wird. Das abgekühlte Abwasser wird mit dem Siebgut zusammen

in den Abwasserkanal gespült [vgl.

http://www.huber.de/fileadmin/02_Loesungen/08_Waerme_aus_Abwasser/02_W

aerme_aus_dem_Kanal_ThermWin/Prospekt//waermerueckgewinnung_de.pdf

[13.08.13]].

Abbildung 4: Entnahmebauwerk und Wärmetauscher

Quelle: Huber Se

Neben der beschriebenen Wärmerückgewinnung aus Abwasser gibt es inzwischen

auch Systeme zur Stromerzeugung, welche auf Basis der Nutzung von Strö-

mungs- und Lageenergie in Abwasserkanälen funktionieren.

Page 20: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Aktuelle Techniken und Möglichkeiten

- 10 -

3.2 Stromgewinnung aus Lageenergie und Strömungs-

energie

Diese Variante der Stromgewinnung steht noch ganz am Anfang der Entwicklung.

Die Gewinnung von Strom aus Abwasser ist sehr auf die lokalen Bedingungen

beschränkt, d. h. dass Fallhöhen oder Gefälle vorhanden sein müssen. Bislang

wurde die potenzielle Energie in den Fallschächten und auf langen Kanalgefälle-

strecken ungenutzt überwunden.

Einer Studie zufolge gibt es in diesem Sektor rein theoretisch ein energetisches

Potenzial von ca. 400 MWh/a bis 3000MWh/a [vgl. Deutsche Vereinigung für

Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. (Hrsg.) (2008), DWA, S.43].

In den folgenden Kapiteln werden verschiedene Möglichkeiten vorgestellt, die zur

Stromerzeugung aus Abwasser eingesetzt werden können.

3.2.1 Turbine

Turbinen werden mit Wasser aus Druckleitungen beschickt. In Abhängigkeit von

Volumenstrom und Fallhöhe werden Kaplan,-Pelton,-oder Francisturbinen einge-

setzt. Die verschiedenen Turbinentypen unterscheiden sich in Schaufelform,

Funktionsprinzip, Drehzahl und Wirkungsgrad. Alle sollten aus Gründen der Wir-

kungsoptimierung eine hohe Drehzahl bei einem geringen Moment aufweisen.

Bedingt durch die Turbinen-Bauart muss das Abwasser frei von Fest- und Stör-

stoffen sein. Mit Turbinen können Leistungsbereiche von ca. 10 kW bis in den

mehrstelligen Megawattbereich abgedeckt werden. Turbinen sind bei wenig Was-

ser und geringen Fallhöhen unrentabel [vgl. Deutsche Vereinigung für Wasser-

wirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. (Hrsg.) (2008), S.43]. Ab 10 m Fallhöhe

und 1,5 m3/s können Turbinen effizient eingesetzt werden.

Page 21: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Aktuelle Techniken und Möglichkeiten

- 11 -

Abbildung 5: Kaplan-Turbine

Quelle: Georg Pichler

3.2.2 Wasserkraftschnecke

Wasserkraftschnecken können bei geringen Wassermengen und geringen Höhen-

unterschieden (0,5 m – 10 m) zur Energiegewinnung eingesetzt werden. Aufgrund

der Höhendifferenz und der Schwerkraft setzt das eintretende Wasser die Schne-

cke in Bewegung und füllt dadurch die Wendelgänge. Durch die Rotation der

Schnecke wird ein Stromgenerator angetrieben. Durch die Bauart sind Störstoffe

kein Problem [vgl. http://www.landeskraftwerke.de/wasserkraft-schnecke.htm

[15.08.2013]].

Bild 4: Wasserkraftschnecke

Quelle: Ingenieurbüro Leimegger

Page 22: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Aktuelle Techniken und Möglichkeiten

- 12 -

3.3 Abwasserturbine

Einen neuen Ansatz gibt es von der Firma Blue Synergy GmbH, die durch eine

Turbine im Kanal die Strömungsenergie nutzt.

Abbildung 6: Kleinstwasserkraftwerk Blue Synergy EE

Quelle: Blue Synergy GmbH

Mit der Abwasserturbine von Blue Synergy GmbH ist es möglich elektrischen

Strom direkt aus dem Abwasserkanal zu produzieren. Das System eignet sich für

alle vorhandenen Kanalnetze in Städten oder freien Gewässern. Der Leistungsbe-

reich liegt bei 3 - 12 kW (24 h). Durch die spezielle Konstruktion als Außenläufer

ist es möglich die Turbine bei verschiedenen Wasserständen effizient zu betrei-

ben, gleichzeitig kann die Anlage größere Objekte hindurch befördern. Die Ver-

sandungs- und Verklebungsgefahr wird durch spezielle Anpassungen minimiert,

sodass die Anlage wartungsarm und kostengünstig betrieben werden kann. Dieses

System stellt eine CO²-neutrale Energiequelle dar, die aus der jeweils örtlichen

Abwasserströmung zentral und dezentral gewonnen werden kann [vgl.

http://www.blue-synergy.de/files/darstellung_abwasserturbine_ee.pdf

[20.08.2013]].

Page 23: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Marktanalyse und Zufriedenheit von Betreibern

- 13 -

4. Marktanalyse und Zufriedenheit von Be-

treibern

Um einen kleinen Überblick über den Markt von Abwasserwärmetauschersyste-

men zu bekommen, wurden zwei Fragebögen entworfen (siehe Anhang). Der erste

Fragebogen sollte die Zufriedenheit und mögliche Verbesserungsvorschläge der

Betreiber von Wärmetauschersystemen in Erfahrung bringen.

Ein zweiter Fragebogen ging an die Hersteller von Wärmetauschern. Mit diesem

sollten die verschiedenen Systeme einem Vergleich unterzogen werden und mög-

liche Weiterentwicklungen und Problemlösungen abgefragt werden. Die Ver-

gleichsparameter wurden vom Autor der vorliegenden Arbeit festgelegt.

Um einen möglichst hohen Rücklauf der Fragebögen zu erreichen, wurde dieser

online durchgeführt. Die Antwortquote von Betreibern liegt bei 42 %, die der

Firmen liegt lediglich bei 25 %. Aufgrund der geringen Resonanz der Firmen ist

es nur tendenziell und unter Einbeziehung anderer Quellen möglich die Systeme

der verschiedenen Hersteller zu vergleichen.

4.1 Rahmenbedingungen für Wärmerückgewinnung aus

Abwasser

Bivalente und monovalente Systeme

Um Projekte mit AWNA vergleichbar zu machen, ist anzumerken, dass es biva-

lente und monovalente Auslegungen von Anlagen gibt.

Bei bivalenten Anlagen wird die Wärmepumpe auf eine Maximalleistung von 30

bis 40 Prozent der maximal benötigten Heizleistung (an den kältesten Tagen im

Winter) ausgelegt. Die restlichen 60 bis 70 Prozent übernimmt eine konventionel-

le Zusatzheizung. Dies führt dazu, dass im Gesamt-Jahreswärmebedarf 70 bis 80

Prozent durch die Wärmepumpe und nur 20 bis 30 Prozent durch die konventio-

nelle Heizung abgedeckt werden müssen. Durch diese Auslegung kann die Wär-

mepumpe viel kleiner und günstiger gebaut werden, als wenn sie 100 Prozent des

Page 24: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Marktanalyse und Zufriedenheit von Betreibern

- 14 -

Leistungsbedarfs auch an den kältesten Tagen abdecken müsste [vgl. Buri R., Ko-

bel B. (2005)].

Bei der monovalenten Auslegung ist die Wärmepumpe so groß dimensioniert,

dass sie die erforderliche maximale Leistung übernimmt.

Laut Urs Studer (Rabtherm) werden Anlagen mit einer Leistung über 80 kW biva-

lent betrieben. Die monovalente Auslegung wird bei Leistungen unter 80 kW ein-

gesetzt, oder bei hohen Abwassertemperaturen.

Gewählte Vergleichsparameter

Außerdem ist anzumerken, dass die Anlagen in permanent arbeitende Systeme

und in solche, bei denen die Leistung nur in bestimmten Betriebszeiten zur Verfü-

gung steht, eingeteilt werden. Die Einheit mit der die Systeme verglichen werden

ist Euro pro kW.

Aufgrund der vielen Faktoren, die zur Investitionssumme führen, ist diese Einheit

nur ein sehr grober Anhaltspunkt und stellt so nur eine Preistendenz dar.

Systeme zur Stromgewinnung, sowie die vorgestellten Projekte konnten aufgrund

fehlender Daten nicht alle verglichen werden. Zur besseren Vergleichbarkeit wur-

den Projekte hinzugezogen, die ausreichend Daten lieferten.

Page 25: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Marktanalyse und Zufriedenheit von Betreibern

- 15 -

4.2 Vergleich der umgesetzten Projekte

Folgende Daten beziehen sich teilweise auf die in Kapitel 7 beschriebenen Pra-

xisprojekte.

Tabelle 1: Wärmerückgewinnung im Kanal (Permanent)

Projektort: 1 2 3 Leverkusen 7.1

Versorgt: Verwaltungsgebäude Wohnanlage u.a. Wohnanlage Gesundheitshaus

Hersteller:

Kanalprofil: DN 1000 DN 1400

Trockenwetterabfluss: 60 l/s 90 l/s

Heizbedarf: 76 kW 257 kW 1030 kW

Kälteleistung Kanal: 200 kW

Heizleistung Kanal: 52 kW 260 kW 180 kW 242 kW

Abwassertemperatur: 13°C 10°C ~8°C

Länge Wärmetauscher: 34 m 141 m 95 m 120 m

Entfernung zum Kanal: 50 m 70 m 200 m 40 m

Amortisation: ca. 6 Jahre

Investitionssumme: 210.000 € 733.000 € ca.370.00 430.000 €

Betreibermodell: Nutzer finanziert A. Contracting Contracting Contracting

Bevorzugte Ausle-gung: monovalent bivalent bivalent bivalent

Anmerkung: Integraler WT

Euro/kW: 4038 €/kW 2819 €/kW 2055 €/kW 972 €/kW

Anmerkung: Die 972 €/kW sind am Beispiel Gesundheitshaus so gering, da es

sich um einen integrierten Wärmetauscher handelt und so im Zuge einer Erneue-

rung nur die Mehrkosten für den Wärmetauscher getragen werden mussten. Des

Weiteren wird dieser Wärmetauscher auch zu Kühlzwecken eingesetzt. Rechnet

man zur besseren Vergleichbarkeit nur mit der Heizleistung, so ergibt sich ein

Preis von 1776 €/kW.

Page 26: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Marktanalyse und Zufriedenheit von Betreibern

- 16 -

Tabelle 2: Direkt Wärmerückgewinnung am Beispiel einer Krankenhauswäscherei

(begrenzte Betriebszeit) Quelle: Grazer ENERGIE Agentur

Projektort: Graz

Wärmeversorgung: Vorheizung des Frischwasser der Wäscherei

System: Fercher

Abwasserabfluss: ca. 5 l/s [38°C]

Frischwasserzulauf: ca. 5,6 l/s [14°C]

Temperatur Zulauf WT: 22°C

Temperatur Austritt WT: 29°C

Thermische Leistung: 180 kW

Thermische Energiemenge: ca 750.000 kWh/Jahr

Elektrischer Energiebedarf: ca. 9.600 kWh/Jahr

Betriebszeit: 200 Tage zu je 16 Stunden

Amortisation: 2 Jahre

Investitionssumme: 49.000 €

Euro/kW: 272 €/kW

Tabelle 3: Duschwärmetauscher (begrenzte Betriebszeit)

System: 1 2

Leistung: 3 kW 8,1 kW

Preis: 299 € 620 €

Euro/kW 100 €/kW 76 €/kW

Bei den Duschwärmetauschern ist anzumerken, dass in dem Preis nicht die Ein-

baukosten enthalten sind. Die Leistung, die abgerufen werden kann, ist abhängig

von der Duschdauer, Temperatur und der Wassermenge. Wie oben bereits schon

erwähnt, ist die Leistung nur während des Duschvorgangs abrufbar.

4.3 Auswertung der verschiedenen Wärmerückgewin-

nungssysteme

Ein Projektvergleich in Tabelle 1 zeigt, dass bei den Wärmetauschern im Kanal

die Investitionskosten für Anlagengrößen zwischen 50 und 300 kW Spitzenleis-

tung sich im Bereich von 1000 € bis 4000 € pro kW bewegen.

Page 27: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Marktanalyse und Zufriedenheit von Betreibern

- 17 -

Betrachtet man die Investitionskosten pro kW und vergleicht diese mit der Leis-

tung der Anlage, lässt sich folgende Tendenz ablesen:

(1) Je größer bzw. leistungsstärker die Anlagen sind, desto geringer fallen die

Kosten pro kW aus.

(2) Die Preise sind unter anderem stark von der Entfernung zum Kanal abhän-

gig.

(3) Die Wärmetauscher im Kanal sind dann wirtschaftlich einsetzbar, wenn

entweder der Kanal erneuert werden muss (Integrale WT) oder eine Er-

neuerung der Heizungsanlage ansteht.

Besonders bei einer Niedertemperaturheizung arbeitet das System, welches mit

Hilfe einer Wärmepumpe das Trägermedium auf die gewünschte Vorlauftempera-

tur bringt, sehr effizient. Dieser Vorteil hängt damit zusammen, dass die Wärme-

pumpe nicht wie bei Standard-Heizkörpern das Trägermedium auf eine Vorlauf-

temperatur von 60 - 75 °C bringt, sondern nur auf eine Temperatur von 30 – 40

°C. Wenn zusätzlich zur Heizleistung auch die Kühlleistung des Kanals genutzt

wird, senkt sich der Preis pro kW erheblich. Aufgrund der Sielhautbildung und

dem Geschiebe auf den Wärmetauschern müssen die Anlagen derzeit noch bis zu

50 % größer gebaut werden gegenüber einer nicht realistischen, unverschmutzten,

sielhautfreien Kanalhaltung.

Die Betriebskosten (Wartung und Instandhaltung) liegen für Anlagen im Kanal

bei 5 bis 9 € pro kW und Jahr [vgl. Schinnerl D., Bucar G., u. a. (2007)]. Die

Amortisationszeit liegt zwischen 3 und 7 Jahren.

Nimmt man zum Vergleich die direkte Wärmerückgewinnung in Tabelle 2, fallen

die geringen Investitionskosten pro kW auf. Dies hängt damit zusammen, dass die

Anlage aufgrund ihrer höheren Abwassertemperatur nur eine kleine Wärmetau-

scheroberfläche benötigt. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Anlage relativ kompakt

ist und keine teuren Verbindungsleitungen zum Kanal verbaut werden müssen.

Die Betriebskosten sind in Tabelle 4 aufgeführt.

Page 28: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Marktanalyse und Zufriedenheit von Betreibern

- 18 -

Tabelle 4: Betriebskosten der Krankenhauswäscherei

Quelle: Grazer ENERGIE Agentur

Investitionssumme 49.000 €

Betriebs- und Wartungskosten 500 €/Jahr

Energiekosten (Strom) 1.000 €/Jahr

Andere Kosten 0 €/Jahr

Gesamte Betriebskosten 1.500 €/Jahr

Betrachtet man nur die Betriebs- und Wartungskosten in Tabelle 4, kommt man

auf ca. 2,70 € pro Jahr und kW. Nimmt man die gesamten Betriebskosten, die

nötig sind um die Leistung zu erhalten, kommt man auf ca. 8 € pro Jahr und kW,

dies entspricht etwa den Betriebskosten der Wärmetauscher im Kanal. Diese spe-

zielle Anlage spart CO2-Emissionen durch die Reduktion von ca. 2400 kWh Erd-

gas pro Tag. Die Amortisationszeit liegt bei diesem Projekt bei 2 Jahren.

Die Duschwärmetauscher in Tabelle 3 sind im Vergleich zu den anderen Syste-

men sehr teuer. Es muss berücksichtigt werden, dass diese einfachen Systeme

eben auch nur dann arbeiten, wenn geduscht wird. Das sind bei einer vierköpfigen

Familie bei einer Duschdauer von je 5 min 120 Stunden im Jahr. Die Betriebszeit

der Wäscherei beträgt zum Vergleich 3200 Stunden im Jahr. Dies lässt erkennen,

dass die Duschwärmetauscher aufgrund ihrer geringen Betriebszeit im Gegensatz

zu den anderen Systemen sehr teuer sind.

Laut CEATI-Rechner, mit dem die Einsparung von Duschwärmetauschern be-

rechnet werden kann, ergibt sich folgende Amortisationszeit:

Rechnet man mit 4 Duschen/Tag zu je 7 Minuten und 9,5 l/min ergibt sich

bei einem Gaspreis von 0,63 €/m3 eine Einsparung von ca. 83 €/Jahr. Dies

führt bei einem Preis von 800€ inkl. Einbau (wurde vom Bearbeiter ge-

schätzt) zu einer Amortisationszeit von mehr als 9 Jahren.

Nimmt man das gleiche Beispiel und duscht nur 5 Minuten, so ergibt sich

eine Einsparung von 59 €/Jahr. Die Amortisationszeit beträgt ca. 13 Jahre.

Diese Berechnung zeigt, dass erst in Häusern mit vielen Bewohnern und langen

Duschzeiten solche Duschwärmetauscher sinnvoll eingesetzt werden können.

Page 29: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Marktanalyse und Zufriedenheit von Betreibern

- 19 -

Das oben genannte Beispiel wurde mit dem Gaspreis von 2012 berechnet. Nimmt

man an, dass in Zukunft der Gaspreis um 20 % steigt, verringert sich die Amorti-

sationszeit im ersten Beispiel bereits um ca. 2 Jahre.

4.4 Risiko bei Eigenbetrieb und Energie-Contracting

Ein Contractor plant, baut, finanziert, betreibt und wartet die Anlagen. Diese Leis-

tungen werden dem Contracting-Nehmer über den Verkauf der Wärme verrech-

net. Die Grundlage des Contractings ist ein Vertrag, der die Modalitäten der Ener-

gielieferung, die Eigentumsverhältnisse und Verantwortlichkeitsgrenzen festlegt.

Die Vertragslaufzeit liegt im Bereich der gesicherten Anlagenlebensdauer, üblich

sind 15 bis 30 Jahre [vgl. Bundesverband WärmePumpe (BWP) e.V. u. a. (Hrsg.)

(2005), S. 33].

Die Tabelle 5 zeigt die Risiken der Betreibermodelle auf. Die Ergebnisse des Fra-

gebogens zeigen, dass beide Modelle ausgeglichen auf dem Markt angewendet

werden.

Tabelle 5: Risiko bei Eigenbetrieb und Energie-Contracting

Quelle: Bundesverband WärmePumpe e.V.

Bereich Eigenbetrieb Energie-Contracting Garantie kein Risiko kein Risiko

Reparaturen nach Garantieende volles Risiko kein Risiko

Energiepreisentwicklung volles Risiko volles Risiko

Wartung volles Risiko kein Risiko

Verfügbarkeit der Anlage volles Risiko kein Risiko

Zustand der Anlage volles Risiko kein Risiko

Kapitaldienst volles Risiko kein Risiko

Verkauf der Liegenschaft keine Abhängigkeit Abhängigkeit

Page 30: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Einsatzmöglichkeiten der AWNA

- 20 -

5. Einsatzmöglichkeiten der Wärmerückge-

winnungs-Systeme in Haushalt, Kommune

und Industrie

Mit der Energiewende will Deutschland unabhängiger von fossilen Energieträgern

wie Öl und Gas werden. Um dieses Ziel zu erreichen, können die AWNA im

Energiemix mit anderen Regenerativenergien einen großen Beitrag leisten. Die

Vorteile dieser Energiegewinnung sind offensichtlich:

Greift nicht in das Landschaftsbild ein

Nutzt vorhandene Systeme

Es ist kein Import von Rohstoffen nötig

Es werden keine gefährlichen Abfälle produziert

Imagegewinn

Gewinnt geräuschlos Wärmeenergie

Um einen möglichst großen Effekt zu erzielen, ist es nötig, diese Systeme flä-

chendeckend einzusetzen. Ein großes Potenzial liegt hierbei in der Industrie.

5.1 Wärmerückgewinnung im Haushalt

Die Wärmerückgewinnung kann an verschiedenen Stellen im Haus erfolgen. Wie

so oft muss bei jedem Haus individuell überprüft werden, wo und wie die Wärme-

rückgewinnung eingesetzt werden kann. Bei einer 4-köpfigen Familie kann sich

eine Installation von einem Fallleitungswärmetauscher an das Abwasserrohr

schon ab Duschzeiten über 5 Minuten lohnen. Der Nachteil dieser Methode ist,

dass nur während des Duschvorgangs das zulaufende Kaltwasser durch das Ab-

wasser erwärmt wird.

Eine effektivere Lösung liegt z. B. in der Anwendung bei Mehrfamilienhäusern

oder Wohnblocks. Bei diesem System wird das Abwasser der Bewohner in einem

Page 31: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Einsatzmöglichkeiten der AWNA

- 21 -

Behälter, der am Objekt eingebaut wird, aufgefangen. In dem Behälter sind Wär-

metauscher installiert die dem Wasser die Wärmeenergie entziehen. Dieses Sys-

tem hat den Vorteil, dass das Abwasser aufgrund der Nähe zum Anfallsort noch

eine relativ hohe Temperatur aufweist und zudem regelmäßiger über 24 Stunden

anfällt, da im Mehrfamilienhaus viele Menschen mit unterschiedlichen Lebens-

rhythmen und damit unterschiedlichen Warmwasserverbrauchszeiten, angeschlos-

sen sind.

Bei Passivhäusern oder Häusern mit Flächenheizung kann eine Wärmerückge-

winnung im Kanal rentabel betrieben werden, da die Vorlauftemperatur bei Flä-

chenheizungen geringer ist. Die eingesetzte Wärmepumpe muss nur eine geringe

Wärmeerhöhung bewirken, womit diese Anlage sehr effizient und ohne großen

Strombedarf arbeitet.

5.2 Wärmerückgewinnung in der Kommune

Um den Bekanntheitsgrad der AWNA zu erhöhen, kann die Kommune einen gro-

ßen Beitrag leisten. Sie kann eine systematische Ermittlung geeigneter Standorte

durchführen, Förderbeiträge zu Voruntersuchungen bereitstellen und bei der Rea-

lisierung beratend zur Seite stehen. Eigene Projekte in kommunalen Bauten wie

Schulhäusern, Verwaltungsgebäude oder Schwimmbädern können eine wichtige

Vorbildfunktion haben und sind unter anderem auch ein idealer Imageträger [vgl.

Bundesverband WärmePumpe (BWP) e.V. u. a. (Hrsg.) (2005), S. 28].

Voraussetzung ist natürlich, dass im Vorfeld eine fachkundige Machbarkeitsstudie

neben dem positiven Umweltaspekt (CO2-Neutral) auch zu einem wirtschaftlich

tragfähigen Ergebnis der Maßnahme kommt.

5.3 Wärmerückgewinnung in der Industrie

Sehr viele Industrieunternehmen und Gewerbebetriebe verfügen über hochtempe-

rierte Abwässer aus Produktionsprozessen. Um diese warmen Abwässer in das

öffentliche Kanalnetz einzuleiten, müssen die jeweiligen Entwässerungssatzungen

eingehalten werden. Diese schreiben vor, dass die Abwassertemperatur nicht

oberhalb eines bestimmten Grenzwertes liegen darf, d. h. sie müssen entweder

höhere Abwassergebühren zahlen oder vor der Einleitung technisch herunter ge-

Page 32: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Einsatzmöglichkeiten der AWNA

- 22 -

kühlt werden [vgl.

http://www.abwasserwaermenutzung.com/hauptnavigation/technologien/auf-

industriegelaenden/ [16.08.13]].

Diese Wärme gilt es zu nutzen. Dies kann entweder dadurch realisiert werden,

indem die Industrieanlage damit beheizt wird oder dass es in ein Nahwärmenetz

eingespeist wird.

Page 33: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Ökologische und ökonomische Betrachtung der Wärmetauscher

- 23 -

6. Betrachtung der Wärmetauscher unter öko-

logischen und ökonomischen Gesichtspunk-

ten

Ökologie

Die Kanalwärmenutzung hat, wie viele andere Verfahren der Wärmeenergiege-

winnung, das Ziel diese Wärmeressource möglichst effizient zu nutzen. Es wird

hiernach eine konsequente Form des Recyclingprinzips im Sinne des nachhaltigen

Umgangs mit begrenzten Energiereserven verfolgt. Die Gesetzmäßigkeiten der

Physik lassen die Wärmerückgewinnung nur im begrenzten Maße zu. Bislang

muss noch auf Gas oder Strom zurückgegriffen werden, um auf eine höher tempe-

rierte Heizwärme zu gelangen. Die Wärmpumpentechnik mit der Wärmerückge-

winnung im Kanal kann im Hinblick auf die Erschöpfung der fossilen Energiere-

serven der Erde durchweg positiv gewertet werden [vgl. Badenova AG & Co. KG

(2007)].

Da dem Abwasser Wärme entzogen wird, wirkt sich das positiv auf die Wärme-

überlastung von Grund- und Oberflächengewässer aus.

Ökonomie

Unter ökonomischen Gesichtspunkten kann eine Wärmetauscheranlage nur dann

wirtschaftlich betrieben werden, wenn alle Rahmenbedingungen optimal eingehal-

ten werden. Bei einigen realisierten Anlagen wurden viele Kompromisse einge-

gangen, wodurch sie noch nicht mit den konventionellen Heizsystemen mithalten

können.

Andererseits braucht es die Erkenntnisse solcher „Versuche“ um das theoretische

Prinzip zu optimieren und praxistauglich zu machen.

Nach der Evaluation von Badenova ist die sinnvolle untere Grenze nicht die, wie

meistens behauptet, Q = 15 l/s sondern allein aus wirtschaftlichen Gründen min-

destens einen Abwasserstrom von 40 l/s [vgl. Badenova AG & Co. KG (2007)].

Das hängt damit zusammen, dass der Preis der Anlage pro kW-Leistung fällt. Eine

Page 34: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Ökologische und ökonomische Betrachtung der Wärmetauscher

- 24 -

Regel ist auch, dass der Preis der Zuleitungen nicht mehr als 20% [Badenova AG

& Co. KG (2007)] der Gesamtinvestition betragen darf.

Aufgrund der moderaten Preise für Öl, Gas und Strom ist es „momentan“ noch

schwer, durch die höheren Investitionen mit der preiswerteren Standardtechnik zu

konkurrieren [vgl. Badenova AG & Co. KG (2007)]. Allerdings wird es interes-

sant, wenn man die „alternativen“ Formen der Heiztechnik wie z. B. Geothermie

vergleicht. In dieser Betrachtung kann die Wärmeenergiegewinnung aus Abwas-

ser bereits mit anderen alternativen Energieformen mithalten.

6.1 Einfluss der Wärmegewinnungsanlagen auf die Klär-

anlage

Die Abwassertemperatur ist für die Abwasserreinigung ein wichtiger Aspekt. Da

die Abwasserreinigung überwiegend durch biologische Prozesse erfolgt, wird die

Reinigung mit sinkender Abwassertemperatur teurer.

„Aufgabe von Entwässerungssystem und Kläranlage ist und bleibt vorrangig die

Ableitung und Klärung von Abwasser. Energiegewinnung im Abwasserkanal ist

diesem Ziel untergeordnet und darf es nicht gefährden“ [Deutsche Vereinigung

für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. (Hrsg.) (2008), S. 28].

Laut DWA kann davon ausgegangen werden, dass solange durch den Wärmeent-

zug die im Zulauf der Kläranlage resultierende Abwassertemperatur nicht mehr

als 0,5 K abgesenkt wird und die Abwassertemperatur im Belebungsbecken die

vorgesehenen Reinigungsprozesse nicht unter die Bemessungstemperatur fallen,

ist die Wärmeentnahme in Hinblick auf die Leistung der Kläranlage als unkritisch

zu beurteilen [vgl. Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und

Abfall e.V. (Hrsg.) (2008), S. 33].

Jedoch sollte jede Maßnahme der Wärmeentnahme im Kanal, mit dem jeweiligen

Kläranlagenbetreiber abgesprochen werden und die Auswirkungen, vor allem bei

größeren Projekten, die in der Nähe zur Kläranlage liegen, untersucht werden.

Auch weil dies bei Temperaturabsenkung des Abwassers Auswirkungen auf die

Reinigungsleistung der Kläranlage hat. Dies kann für den Kläranlagenbetreiber

einen finanziellen Schaden zur Folge haben.

Page 35: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Ökologische und ökonomische Betrachtung der Wärmetauscher

- 25 -

Im Regelfall scheint der Abkühleffekt für die Bemessung von Großkläranlagen

derzeit von untergeordneter Bedeutung, da das Abwasser nach frühzeitigem

Wärmeentzug etwa mit ähnlicher Temperatur in die Kläranlage kommt wie bei

Kommunen, die keine Wärmetauscher im Kanal installiert haben.

Dies liegt darin begründet, dass die Wärmetauscher das Wasser nahe dem Abwas-

seranfallsort abkühlen. Der dabei erreichte Abkühlungsgrad erfolgt bei Systemen

ohne Wärmetauscher durch Wärmeabgabe an die Umwelt auf dem Fließweg zur

Kläranlage ohnehin, sodass eine Temperatur-Differenz unmittelbar am Zulauf der

Kläranlage kaum auszumachen ist.

Page 36: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Praxisprojekte

- 26 -

7. Praxisprojekte

7.1 Gesundheitshaus Leverkusen

Bild 5: Gesundheitshaus Leverkusen

Quelle: Medicke

Tabelle 6: Daten zum Gesundheitshaus

Quelle: BWP

Wärmenutzung: Gesundheitszentrum mit 12.500m²

Nutzfläche

Wärmeleistungsbedarf: 1.030 kW

Kälteleistungsbedarf: 470 kW

Heizleistung Wärmepumpe: 242 kW

Kälteleistung Wärmepumpe: 200 kW

Anteil Abwasserenergie an der gesam-

ten Energieproduktion:

68%

Page 37: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Praxisprojekte

- 27 -

Beteiligte:

Bauherrschaft: Health Care Immobilien, Abensberg

Eigentümer Kanalwärmetauscher: Technische Betriebe Leverkusen

Trockenwetterrinne: dw Betonrohre, Dormagen

Hersteller Wärmetauscher: Wallstein GmbH, Recklinghausen

Energiecontractor: Harpen Energie Contracting, Dortmund

Generalunternehmer: Planer Rabtherm AG, Zürich

Das Gesundheitshaus ist ein Büro-, Einkaufs- und Dienstleistungszentrum. Es

bietet Service rund um Gesundheit und Wohlbefinden mit entsprechenden Mög-

lichkeiten zum Einkaufen. Beim Bau des Gebäudes hatte das Thema Gesundheit

einen hohen Stellenwert. Die Baustoffe wurden nach strengen Grundsätzen der

Bauökologie ausgewählt. Der Energiebedarf wird weitgehend mit Abwasserener-

gie gedeckt. Zunächst war das Gebäude an die Fernwärme angeschlossen. Als

aber 40m vor dem Gebäude der Abwasserkanal saniert und erweitert werden

musste, wurde eine Machbarkeitsstudie zur Abwasserwärmenutzung in Auftrag

gegeben. Der untersuchte Kanal der Stadtentwässerung Leverkusen, an den rund

7.000 Einwohner angeschlossen sind, war geeignet. So wurde im Rahmen der

Sanierung ein integrales System verbaut, was den Vorteil hat, dass der Wärmetau-

scher bereits im Kanalrohr mit einbetoniert ist.

Die Gesamtkosten beliefen sich auf ca. 430.000 Euro. Daran beteiligte sich das

Umweltministerium von Nordrhein-Westfalen mit einem Zuschuss von 50 Pro-

zent. Der Preis, den die Mieter des Gesundheitshauses für die Abwasserenergie

bezahlen, liegt leicht unter demjenigen der Fernwärme [vgl. Bundesverband

WärmePumpe (BWP) e.V. u. a. (Hrsg.) (2005), S. 16-17].

Page 38: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Praxisprojekte

- 28 -

Bild 6: Kanalrohr mit integriertem Wärmetauscher

Quelle: Rabtherm AG

Bei diesem Projekt fallen besonders die geringen Herstellungskosten pro Kilowatt

auf (siehe Tabelle 1) und dass der Bauherr sich für dieses System umentschied,

obwohl er schon an das Fernwärmenetz angeschlossen war.

7.2 Pilotprojekt zur Gewinnung elektrischer Energie

In der Stadt Aachen wurde 2002 ein Pilotprojekt umgesetzt, womit herausgefun-

den werden sollte, inwieweit das Potenzial zur Gewinnung von elektrischer Ener-

gie aus Abwasser genutzt werden kann. Unter anderem wurde es auf die wirt-

schaftlichen Aspekte untersucht. In einem Tiefsammler wurden zur Überwindung

der Höhendifferenz zwischen zwei Stauraumkanälen zwei Absturzbauwerke inte-

griert. Zur Stromerzeugung entschied man sich für ein oberschlächtiges Wasser-

rad. Die Fließsohlendifferenz von ca. 13,50 m wurde in einem Wirbelfallschacht

überbrückt. Das Bauwerk wurde für einen maximalen Abfluss von 8250 l/s ausge-

legt. Die Trockenwetterabflüsse liegen zwischen ca. 30 l/s in der Nacht und ca.

120 l/s am Tag. Aufgrund der aggressiven Atmosphäre im Kanal entschied man

sich für ein verzinktes Stahlrad mit 8 Radarmen und ca. 5,5 Metern im Durchmes-

ser. Das Rad wurde quer zur Fließrichtung eingebaut und bezieht das Wasser über

eine Bypassleitung. Das Wasserrad wurde für einen Maximalzufluss von 150 l/s

bemessen, bei 30 l/s (in der Nacht) produziert es aber auch schon Strom. Die

Wasserradwelle ist an einen Asynchrongenerator angeschlossen, der mit 750

U/min angetrieben wird. Die Nennleistung beträgt 6 kW, womit Schätzungen

nach 45 000 – 50 000 kWh Strom im Jahr produziert werden kann. Mit dieser

Page 39: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Praxisprojekte

- 29 -

Leistung können zehn vierköpfige Familienhaushalte mit Strom versorgt werden.

Dieses Projekt wurde im Rahmen einer Gesamtbaumaßnahme umgesetzt [vgl.

Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. (Hrsg.)

(2008), S. 44].

7.3 Industrieabwasser erwärmt Fernwärmenetz

In der Stadt Aurich wird aus einem Molkereibetrieb ein Fernwärmenetz erwärmt.

In der Molkerei fallen stündlich zwischen 30 und 90 m³ vorgereinigtes Abwasser

an. Das 30 °C warme Abwasser wird durch externe Wärmetauscher gewonnen,

und als „kalte Fernwärme“ eingespeist. Mit dieser Fernwärme wird zurzeit das

Heizungs- und Warmwassersystem einer neuen Veranstaltungshalle versorgt.

Das vorgereinigte Abwasser wird mittels Druckleitung zur Kläranlage gepumpt.

In einer Wärmeüberträgerstation kann durch die gewonnene Wärmeenergie bis zu

1,5 MW Wärme mit einer Temperatur zwischen 12 und 25 °C gewonnen werden.

Mit diesem niedrigen Temperaturniveau wird das Heizwasser über eine 1,5 km

lange Fernwärmeleitung zum Entnahmeort transportiert. Am Entnahmeort wird

durch eine Wärmepumpe mit 85 kW Wärmeleistung das Wasser auf ca. 55 °C

gebracht. Mit dieser Leistung wird die benötigte Grundlast der Mehrzweckhalle

abgedeckt. Bei ungleichmäßigem Verbrauch kann die Wärme in Pufferbehältern

gespeichert werden.

Page 40: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Praxisprojekte

- 30 -

Abbildung 7: Übersicht über die Nutzung der Abwasserwärme in Aurich

Quelle: DBU

Page 41: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Praxisprojekte

- 31 -

Die gewonnene Wärmeenergie soll in Zukunft auch noch in einem Allwetterbad

eingesetzt werden, wobei hier die Wärmepumpenleistung bei ca. 400 kW liegen

wird. Das Wärmepotenzial von bis zu 1,5 MW reicht auch noch aus um weitere

Gebäude an der Fernwärmestrecke anzuschließen. Unter anderem soll die Wär-

meenergie noch zur Klärschlammtrocknung eingesetzt werden.

Projektdurchführung:

Stadt Aurich

ECO.S Energieconsulting Stodtmeister

[Vgl. Jacob U., Brüggemann J. (2010)]

Dieses Projekt fällt besonders positiv auf, da es zeigt, wie viel Wärmeenergie in

industriellem Abwasser steckt und das es möglich ist mehrere Objekte damit zu

versorgen. Auch wird aufgezeigt, dass der Transport der Wärmeenergie bis zu 1,5

km möglich ist.

7.4 Wärmerückgewinnung in einer Krankenhauswäscherei

In Graz wird in einer zentralen Krankenhauswäscherei die Wärme aus dem anfal-

lenden Abwasser zurückgewonnen. Das heiße Abwasser wird dabei mit einem

Wärmetauscher für das Vorheizen des kalten Frischwassers eingesetzt.

Die Abwassertemperatur der Wäscherei beträgt ca. 38 °C, durch einen Wärmetau-

scher wird die gewonnene Wärmeenergie an das ca. 14 °C kalte Frischwasser

übertragen. Das Abwasser der Wäscherei wird zuerst in einem Speicherbecken

gesammelt, von wo es dann mittels Schmutzwasserpumpe zum Wärmetauscher

transportiert wird. Nach Entnahme der Wärmeenergie wird das Abwasser der öf-

fentlichen Kanalisation zugeführt. Das Frischwasser wird dem Wärmetauscher

mit ca. 22 °C zugeführt. Die Wärmeenergieübertragung des Abwassers auf das

Frischwasser erfolgt im Gegenstrom, wodurch es ca. 29 °C erreicht. Die Anlage

wird ca. 200 Tage im Jahr zu je 16 Stunden genutzt.

Der eingesetzte Wärmetauscher der Fa. Bernhard Fercher ist aufgrund seiner of-

fenen Bauweise sehr wartungsarm. Bei Bedarf wird die Oberfläche der Wärme-

tauscher durch einen Hochdruckreiniger gesäubert. Dies ist möglich, da das Ab-

Page 42: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Praxisprojekte

- 32 -

wasser frei über die Wärmetauscher fließt. Dabei entsteht eine Filmströmung die

für einen schnellen Wärmeübergang sorgt.

Bild 7: Wärmetauscher

Quelle: Fa. Bernhard Fercher

Wärmeversorgung: Vorheizung des Frischwassers durch Wärmetauscher

Abwasserfluss: ca. 5 l/s

Frischwasserzulauf: ca. 5,6 l/s

Thermische Leistung: 180 kW

Thermische Energiemenge: ca. 750.000 kWh/Jahr

Elektrischer Energiebedarf: ca. 9.600 kWh/Jahr

In Betrieb seit 2002

Wärmetauscher Hersteller: Fa. Bernhard Fercher

Der elektrische Energiebedarf setzt sich hauptsächlich aus dem Strombedarf der

Schmutzwasserpumpen zusammen.

Die Investitionssumme von 49.000 € wurde mit der Energiekosteneinsparung re-

finanziert. Es wurde über 4 Jahre jeweils die Hälfte der Einsparung an den Anla-

Page 43: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Praxisprojekte

- 33 -

genhersteller bezahlt. So hatte die Krankenhauswäscherei von Beginn an einen

Kostenvorteil und die Amortisationszeit betrug dadurch lediglich 2 Jahre.

Die Auflagen des öffentlichen Kanalnetzbetreibers, dass die Abwassertemperatur

nicht über 30 °C liegen darf, konnten mit dieser Maßnahme nun eingehalten wer-

den [vgl. Schinnerl D., Bucar G., u. a. (2007), S. 20-21].

Bei diesem Projekt fällt besonders positiv auf, dass durch eine einfache Technik

CO2-Emission eingespart werden und dass diese Anlage sich innerhalb von 2 Jah-

ren refinanziert hat.

Page 44: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Bewährte Systeme aus der Praxis

- 34 -

8. Bewährte Systeme aus der Praxis

In der Schweiz ist die Abwasserwärmerückgewinnung schon seit zirka 30 Jahren

im Einsatz und hat sich dort auch schon bewährt. Bis auf wenige Anlagen in

Deutschland wurden viele erst innerhalb der letzten 5 Jahre realisiert. Dies hängt

mit der momentan verbesserten Förderpolitik hierzulande und den steigenden

Energiepreisen zusammen.

„Während bei der Wärmenutzung der Anstieg des Ölpreises und die Weiterent-

wicklung der Technologie ins Gewicht fallen, sind es bei der Stromproduktion die

bessere Vergütung für Kleinwasserkraftwerke“ [Schmid F., u. a. (2010), S.22].

Auch spielt bei manchen Projekten, wie im Beispiel Gesundheitshaus in Lever-

kusen, das „grüne“ Image eine immer größere Rolle.

Wenn man die Rentabilität dieser Anlagen betrachtet, fällt die Anlage der Kran-

kenhauswäscherei mit einer Amortisationszeit von 2 Jahren und die geringen Kos-

ten pro kW auf. Diese Art von Anlagen können effizient und ohne Subventionen

wirtschaftlich gebaut und betrieben werden.

Bei Wärmetauscheranlagen im Kanal ist dies, unter bestimmten Voraussetzungen,

auch möglich. Um die Anlagen ohne staatliche Subventionen wirtschaftlich be-

treiben zu können, sind bestimmte Objekte bevorzugt. So können bspw. Hallen-

schwimmbäder, die das ganze Jahr über beheizt werden, oder große Gebäude, die

im Winter einen großen Wärmebedarf haben und im Sommer mit den Wärmetau-

schern auch kühlen, wirtschaftlich betrieben werden. Für Einfamilienhäuser je-

doch ist die Technik noch zu teuer um mit den konventionellen Heizmethoden

mithalten zu können.

Die Duschwärmetauscher könnten, wie in 3.1.3 sowie 4.3 beschrieben, sofern sie

in Zukunft günstiger werden, ihren Beitrag zur Energieeinsparung leisten.

Lässt man die wirtschaftlichen Aspekte außen vor, so sieht man, dass die ver-

schiedenen Systeme zur Abwasserwärmerückgewinnung alle einen kleineren oder

größeren Beitrag dazu leisten, fossile Energieressourcen einzusparen und CO2-

Page 45: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Bewährte Systeme aus der Praxis

- 35 -

Emissionen zu vermeiden. Werden die Systeme flächendeckend eingesetzt, so

kann dies zu einem großen Effekt führen.

Abschließend kann gesagt werden, dass Wärmerückgewinnung aus Abwasser

technisch möglich ist und bereits unter bestimmten Rahmenbedingungen auch

wirtschaftlich betrieben werden kann.

Page 46: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Visionäre Ansätze und Ausblick

- 36 -

9. Visionäre Ansätze und Ausblick

Ein visionärer Ansatz einiger Hersteller von AWNA bezieht sich auf die bis dato

ungenutzte Industrieabwärme, die in die Atmosphäre verpufft. Das Ziel ist es,

über einen Wärmetauscherprozess die Wärmeenergie in einen Nahwärmenetzka-

nal einzuspeisen, dabei die Abwassertemperatur geringfügig anzuheben und die

Wärme an einer geeigneten Bedarfstelle wieder zu entziehen. So ließen sich z. B.

in der Stadt Karlsruhe durch das ansässige Kohlekraftwerk und deren Abwärme-

kapazitäten über die Abwasserhauptleitung mehr als doppelt so viele Gebäude

durch Wärme aus Abwasser heizen als dies ohne das Nahwärmenetz möglich wä-

re [vgl.

http://www.abwasserwaermenutzung.com/hauptnavigation/technologien/zukunfts

visionen-awn/ [16.08.13]].

Potenzial für Fortsetzungsarbeiten

Tabelle 6 beinhaltet Themen die zur Fortsetzung dieser Arbeit dienen. Es sind

Projekte und Systeme aufgeführt, die noch näher untersucht werden können.

Tabelle 7: Mögliche Themen zur Untersuchung

Thema: Zu untersuchen:

1.) Grauwasserrecycling mit vorgeschalte-ter Wärmerückgewinnung

Berliner Passivhaus mit 41 Wohnungen und 4 Ge-werbeeinheiten. Quelle: Nolde E. (2012)

2.) Fallleitungswärmetauscher Verschiedene Praxisprojekte

3.) Wärmegewinnung durch Geothermie und Abwasser mittels Kanalwickelrohre der Fa. Frank & Krah Wickelrohr GmbH

Vergleich der Wickelrohre und der Integralen Wär-metauscher (Rabtherm) in Bezug auf die Effizienz und die Wirtschaftlichkeit

In Tabelle 6 kann das Thema 1 unter anderem dahingehend untersucht werden, ob

eine Nutzung von Regenwasser, zur Ergänzung des gereinigten Grauwasser, zur

Spülung der Toilette eingesetzt werden kann, damit dieses System ohne Trink-

wasser auskommt.

Bei dem 2. Thema sollten Praxisprojekte gefunden werden und diese dann auf

Wirtschaftlichkeit und Energieeinsparung näher untersucht werden.

Page 47: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Visionäre Ansätze und Ausblick

- 37 -

Bei dem 3. vorgeschlagenen Thema, sind die Voraussetzungen zum Einbau der

Anlagen zu vergleichen sowie Vor-und Nachteile der beiden Systeme darzustel-

len. Das eine System gewinnt die Wärmeenergie hauptsächlich durch Erdwärme

und Abwasser, das andere nur durch die Abwasserwärme. Des Weiteren sollte ein

Kostenvergleich zwischen den beiden Systemen gemacht werden, sowie die Jah-

resarbeitszahl der Wärmepumpen, wenn verfügbar, verglichen werden um die

Effizienz besser vergleichen zu können.

Page 48: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Literaturverzeichnis

- 38 -

10. Literaturverzeichnis

Buri R., Kobel B. (2005), Energie aus Abwasser – Leitfaden für Ingenieure und

Planer, Deutsche Bundesstiftung Umwelt (Hrsg.).

Bundesverband WärmePumpe (BWP) e.V. u. a. (Hrsg.) (2005), Heizen und

Kühlen mit Abwasser, Ratgeber für Bauherren und Kommunen.

Bergmann T.,Wanneke M. (2012), Hochleistungswärmetauscher zur Nutzung

von Energie aus Abwasser,in: bbr 12/2012.

Badenova AG & Co. KG (2007), Evaluation von Technik, Betrieb und Randbe-

dingungen Potenzial der Kanalwärmetauscher in Freiburg im Breisgau, Schlussbe-

richt.

Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V.

(Hrsg.) (2008), DWA Regelwerk, Energie aus Abwasser – Wärme- und Lage-

energie, Merkblatt DWA-M 114.

Jacob U., Brüggemann J. (2010), Abwasser erwärmt Fernwärmenetz, in: Inno-

vationen für die Umwelt, 26988-17/10, Deutsche Bundesstiftung Umwelt (Hrsg.).

Nolde E.(2012), Hohe Energie- und Wassereffizienz durch Grauwasserrecycling

mit vorgeschalteter Wärmerückgewinnung, in: fbr-wasserspiegel 1/13, S. 3 - 6.

Schinnerl D., Bucar G., u. a. (2007), Wärmerückgewinnung in einer Kranken-

hauswäscherei in Graz, in: AbwasserWärmeNutzung, Leitfaden zur Projektent-

wicklung. Grazer Energieagentur GmbH, u.a. (Hrsg), S. 20-21.

Schmid F., Müller E., u. a. (2010), Elektroenergie aus dem Kanal, in: wwt-

SPEZIAL 3/2010, S. 21 – 23.

Internetquellen:

http://www.huber.de/fileadmin/02_Loesungen/08_Waerme_aus_Abwasser/02_W

aerme_aus_dem_Kanal_ThermWin/Prospekt//waermerueckgewinnung_de.pdf

[13.08.13]

http://www.uhrig-bau.eu/de/therm_liner/thermliner_form_a/ [15.08.13]

http://www.brandenburger.de/de/kanalsanierung/Heatliner/ [15.08.13]

http://www.gesetze-im-internet.de/bundesrecht/eew_rmeg/gesamt.pdf [15.08.13]]

Page 49: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Literaturverzeichnis

- 39 -

http://www.abwasserwaermenutzung.com/hauptnavigation/technologien/zukunfts

visionen-awn/ [16.08.13]

http://www.abwasserwaermenutzung.com/hauptnavigation/technologien/auf-

industriegelaenden/ [16.08.13]

http://www.landeskraftwerke.de/wasserkraft-schnecke.htm [15.08.13]

http://www.blue-synergy.de/files/darstellung_abwasserturbine_ee.pdf

[20.08.2013]

http://www.ceati.com/calculator/[29.08.2013]

Page 50: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 40 -

Anhang

Fragebogen zu der Zufriedenheit von

Betreibern von Abwasserwärmerück-

gewinnungsanlagen

Name des Betreibers:

Wo betreiben Sie Ihr Abwasserwärmerückgewinnungssystem?

Schule

Sporthalle

Schwimmbad

Wohnanlage

Kommunales Gebäude

Fern- und Nahwärmenetz

Industrieanlage

Verwaltungsgebäude

Welches Betreibermodell wurde gewählt:

Nutzer finanziert Anlage

Der Investor verkauft die gewonnene Wärme an den Objektbesitzer (Contracting)

Page 51: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 41 -

Hersteller und Modell des verwendeten Systems:

Wärmebedarf des Gebäudes [kW]:

Entzugsleistung Kanal [kW]:

Durchmesser des Kanals [mm]:

Entfernung zum Kanal [m]:

Trockenwetterabfluss [l/s]:

Abwassertemperatur im Jahresdurchschnitt [°C]:

Länge Wärmetauscher [m]:

Energieeinsparung [€/a]:

Page 52: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 42 -

Wie zufrieden sind Sie in Bezug auf ......

Bitte kreuzen Sie an, ob Sie gar nicht zufrieden sind (Kästchen ganz links) oder

sehr zufrieden (Kästchen ganz rechts). Mit den Kästchen dazwischen können Sie

Ihre Antwort abstufen.

(Bitte bei jeder Möglichkeit ein Häkchen setzen)

-- - 0 + ++

Wartungsaufwand

Betriebskosten/Unterhaltskosten

Amortisationszeit (wird die

errechnete Zeit eingehalten?)

Störanfälligkeit

Wurde die errechnete Energie-

einsparung eingehalten?

Wurden Fördergelder/ Zuschüsse in Anspruch genommen?

Ja

Nein

Wenn ja von wo kamen diese Zuschüsse?

Wie viel der Gesamtsumme wurde bezahlt [%]?

Würden sie sich wieder für das genannte System entscheiden?

Ja

Nein

Was sollte Ihrer Meinung nach noch verbessert werden?

Page 53: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 43 -

Sollen Ihre Daten anonymisiert werden?

Ja

Nein

Möchten Sie die fertiggestellte Bachelorthesis als pdf zugeschickt bekommen?

Ja

Nein

Falls Sie noch Fragen oder Anregungen an mich haben, können Sie mir gerne eine

Email schreiben.

Die Umfrage ist beendet. Vielen Dank für die Teilnahme.

Page 54: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 44 -

Fragebogen zu der Zufriedenheit von

Betreibern von Abwasserwärmerück-

gewinnungsanlagen

(Die Antworten von 6 Betreibern)

1.) Name des Betreibers:

Wurden vom Bearbeiter anonymisiert

2.) Wo betreiben Sie Ihr Abwasserwärmerückgewinnungssystem?

Schule 1x

Sporthallen 0x

Schwimmbad 0x

Wohnanlage 1x

Kommunales Gebäude 1x

Fern- und Nahwärmenetz 2x

Industrieanlagen 0x

Verwaltungsgebäude 2x

Zusatzfeld: 1x 12 Stk. MF-Häuser, Sporthalle, Schule

3.) Welches Betreibermodell wurde gewählt:

3x Nutzer finanziert Anlage

4x Der Investor verkauft die gewonnene Wärme an den Objektbesitzer

(Contracting)

4.) Hersteller und Modell des verwendeten Systems:

Wurden vom Bearbeiter anonymisiert

Page 55: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 45 -

5.) Wärmebedarf des Gebäudes [kW]:

675

257

60

601

200

100

max. 1632

6.) Entzugsleistung Kanal [kW]:

120

180

180

40

110

22

52

120

7.) Durchmesser des Kanals [mm]:

1100

1400

1200

1100

1500

1000

Regenrückhaltebecken, kein Kanal

8.) Entfernung zum Kanal [m]:

40

200

50

120

80

50

Page 56: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 46 -

9.) Trockenwetterabfluss [l/s]:

90

300

130

60

30

10.) Abwassertemperatur im Jahresdurchschnitt [°C]:

12-16

ca. 8

14

13

12

13

9-14

11.) Länge Wärmetauscher [m]:

76

95

15

54

18

32,16

101

12.) Energieeinsparung:

Keine Angaben

Page 57: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 47 -

13.) Wie zufrieden sind Sie in Bezug auf ......

Bitte kreuzen Sie an, ob Sie garnicht zufrieden sind (Kästchen ganz links) oder sehr zufrieden

(Kästchen ganz rechts). Mit den Kästchen dazwischen können Sie Ihre Antwort abstufen.

(Bitte bei jeder Möglichkeit ein Häkchen setzen)

-- - 0 + ++

Wartungsaufwand 1x 1x 4x 1x

Betriebskosten/Unterhaltskosten 1x 2x 2x 1x

Amortisationszeit (wird die errechnete Zeit eingehalten) 2x 3x 1x

Störanfälligkeit 1x 4x 2x

Wurde die errechnete Energieeinsparung eingehalten 1x 4x 1x

14.) Wurden Fördergelder/ Zuschüsse in Anspruch genommen?

Ja: 4x

Nein: 3x

15.) Wenn ja von wo kamen diese Zuschüsse?

DBU

vom Land

Land

Landeskredit-Bank Baden-Württemberg

16.) Wie viel der Gesamtsumme wurde bezahlt?

ca. 18

30

100

50.000 €

17.) Würden sie sich wieder für das genannte System entscheiden?

Ja: 5x

Nein: 1x

Page 58: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 48 -

18.) Was sollte Ihrer Meinung nach noch verbessert werden?

Zentrale Wärmeerzeugung anstatt mehrere Einzelzentralen

es gibt noch sehr viel Optimierungspotential und somit Forschungsbedarf

Fördermöglichkeiten, Wärmepumpen mit integriertem Wärmeleistungs-

messer

Page 59: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 49 -

Fragebogen zu der Zufriedenheit von

Betreibern von Abwasserwärmerück-

gewinnungsanlagen

(Antwort eines Betreibers)

1.) Name des Betreibers:

Wurden vom Bearbeiter anonymisiert

2.) Wo betreiben Sie Ihr Abwasserwärmerückgewinnungssystem?

Schule 0x

Sporthallen 0x

Schwimmbad 0x

Wohnanlage 0x

Kommunales Gebäude 0x

Fern- und Nahwärmenetz 1x

Industrieanlagen 0x

Verwaltungsgebäude 0x

Zusatzfeld: 0x

3.) Welches Betreibermodell wurde gewählt:

0x Nutzer finanziert Anlage

1x Der Investor verkauft die gewonnene Wärme an den Objektbesitzer

(Contracting)

4.) Hersteller und Modell des verwendeten Systems:

Wurden vom Bearbeiter anonymisiert

Page 60: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 50 -

5.) Wärmebedarf des Gebäudes [kW]:

675

6.) Entzugsleistung Kanal [kW]:

120

7.) Durchmesser des Kanals [mm]:

1100

8.) Entfernung zum Kanal [m]:

40

9.) Trockenwetterabfluss [l/s]:

Keine Angabe

10.) Abwassertemperatur im Jahresdurchschnitt [°C]:

12-16

11.) Länge Wärmetauscher [m]:

76

12.) Energieeinsparung:

Keine Angaben

Page 61: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 51 -

13.) Wie zufrieden sind Sie in Bezug auf ......

Bitte kreuzen Sie an, ob Sie gar nicht zufrieden sind (Kästchen ganz links) oder sehr zufrieden

(Kästchen ganz rechts). Mit den Kästchen dazwischen können Sie Ihre Antwort abstufen.

(Bitte bei jeder Möglichkeit ein Häkchen setzen)

-- - 0 + ++

Wartungsaufwand 1x

Betriebskosten/Unterhaltskosten 1x

Amortisationszeit (wird die errechnete Zeit eingehalten) 1x

Störanfälligkeit 1x

Wurde die errechnete Energieeinsparung eingehalten 1x

14.) Wurden Fördergelder/ Zuschüsse in Anspruch genommen?

Ja: 1x

Nein: 0x

15.) Wenn ja von wo kamen diese Zuschüsse?

DBU

16.) Wie viel der Gesamtsumme wurde bezahlt?

Keine Angabe

17.) Würden sie sich wieder für das genannte System entscheiden?

Ja: 1x

Nein: 0x

18.) Was sollte Ihrer Meinung nach noch verbessert werden?

Keine Angabe

Page 62: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 52 -

Fragebogen zu der Zufriedenheit von

Betreibern von Abwasserwärmerück-

gewinnungsanlagen

(Antwort eines Betreibers)

1.) Name des Betreibers:

Wurden vom Bearbeiter anonymisiert

2.) Wo betreiben Sie Ihr Abwasserwärmerückgewinnungssystem?

Schule 0x

Sporthallen 0x

Schwimmbad 0x

Wohnanlage 1x

Kommunales Gebäude 0x

Fern- und Nahwärmenetz 0x

Industrieanlagen 0x

Verwaltungsgebäude 0x

Zusatzfeld: 0x

3.) Welches Betreibermodell wurde gewählt:

0x Nutzer finanziert Anlage

1x Der Investor verkauft die gewonnene Wärme an den Objektbesitzer

(Contracting)

4.) Hersteller und Modell des verwendeten Systems:

Wurden vom Bearbeiter anonymisiert

Page 63: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 53 -

5.) Wärmebedarf des Gebäudes [kW]:

257

6.) Entzugsleistung Kanal [kW]:

180

7.) Durchmesser des Kanals [mm]:

1400

8.) Entfernung zum Kanal [m]:

200

9.) Trockenwetterabfluss [l/s]:

90

10.) Abwassertemperatur im Jahresdurchschnitt [°C]:

8

11.) Länge Wärmetauscher [m]:

95

12.) Energieeinsparung:

Keine Angaben

Page 64: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 54 -

13.) Wie zufrieden sind Sie in Bezug auf ......

Bitte kreuzen Sie an, ob Sie gar nicht zufrieden sind (Kästchen ganz links) oder sehr zufrieden

(Kästchen ganz rechts). Mit den Kästchen dazwischen können Sie Ihre Antwort abstufen.

(Bitte bei jeder Möglichkeit ein Häkchen setzen)

-- - 0 + ++

Wartungsaufwand 1x

Betriebskosten/Unterhaltskosten 1x

Amortisationszeit (wird die errechnete Zeit eingehalten) 1x

Störanfälligkeit 1x

Wurde die errechnete Energieeinsparung eingehalten 1x

14.) Wurden Fördergelder/ Zuschüsse in Anspruch genommen?

Ja: 1x

Nein: 0x

15.) Wenn ja von wo kamen diese Zuschüsse?

Vom Land

16.) Wie viel der Gesamtsumme wurde bezahlt?

ca. 18

17.) Würden sie sich wieder für das genannte System entscheiden?

Ja: 0x

Nein: 1x

18.) Was sollte Ihrer Meinung nach noch verbessert werden?

Zentrale Wärmeversorgung anstatt mehrere Einzelzentralen

Page 65: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 55 -

Fragebogen zu der Zufriedenheit von

Betreibern von Abwasserwärmerück-

gewinnungsanlagen

(Antwort eines Betreibers)

1.) Name des Betreibers:

Wurden vom Bearbeiter anonymisiert

2.) Wo betreiben Sie Ihr Abwasserwärmerückgewinnungssystem?

Schule 0x

Sporthallen 0x

Schwimmbad 0x

Wohnanlage 0x

Kommunales Gebäude 0x

Fern- und Nahwärmenetz 0x

Industrieanlagen 0x

Verwaltungsgebäude 1x

Zusatzfeld: 0x

3.) Welches Betreibermodell wurde gewählt:

0x Nutzer finanziert Anlage

0x Der Investor verkauft die gewonnene Wärme an den Objektbesitzer

(Contracting)

1x Zusatzfeld: Pilotanlage

4.) Hersteller und Modell des verwendeten Systems:

Wurden vom Bearbeiter anonymisiert

Page 66: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 56 -

5.) Wärmebedarf des Gebäudes [kW]:

60

6.) Entzugsleistung Kanal [kW]:

40

7.) Durchmesser des Kanals [mm]:

1200

8.) Entfernung zum Kanal [m]:

50

9.) Trockenwetterabfluss [l/s]:

300

10.) Abwassertemperatur im Jahresdurchschnitt [°C]:

14

11.) Länge Wärmetauscher [m]:

15

12.) Energieeinsparung:

Keine Angaben

Page 67: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 57 -

13.) Wie zufrieden sind Sie in Bezug auf ......

Bitte kreuzen Sie an, ob Sie gar nicht zufrieden sind (Kästchen ganz links) oder sehr zufrieden

(Kästchen ganz rechts). Mit den Kästchen dazwischen können Sie Ihre Antwort abstufen.

(Bitte bei jeder Möglichkeit ein Häkchen setzen)

-- - 0 + ++

Wartungsaufwand 1x

Betriebskosten/Unterhaltskosten

Amortisationszeit (wird die errechnete Zeit eingehalten)

Störanfälligkeit 1x

Wurde die errechnete Energieeinsparung eingehalten

14.) Wurden Fördergelder/ Zuschüsse in Anspruch genommen?

Ja: 1x

Nein: 0x

15.) Wenn ja von wo kamen diese Zuschüsse?

Keine Angabe

16.) Wie viel der Gesamtsumme wurde bezahlt?

Keine Angabe

17.) Würden sie sich wieder für das genannte System entscheiden?

Ja: 1x

Nein: 0x

18.) Was sollte Ihrer Meinung nach noch verbessert werden?

Es gibt noch sehr viel Optimierungsbedarf

Page 68: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 58 -

Fragebogen zu der Zufriedenheit von

Betreibern von Abwasserwärmerück-

gewinnungsanlagen

(Antwort eines Betreibers)

1.) Name des Betreibers:

Wurden vom Bearbeiter anonymisiert

2.) Wo betreiben Sie Ihr Abwasserwärmerückgewinnungssystem?

Schule 0x

Sporthallen 0x

Schwimmbad 0x

Wohnanlage 0x

Kommunales Gebäude 0x

Fern- und Nahwärmenetz 0x

Industrieanlagen 0x

Verwaltungsgebäude 1x

Zusatzfeld: 0x

3.) Welches Betreibermodell wurde gewählt:

1x Nutzer finanziert Anlage

0x Der Investor verkauft die gewonnene Wärme an den Objektbesitzer

(Contracting)

4.) Hersteller und Modell des verwendeten Systems:

Wurden vom Bearbeiter anonymisiert

5.) Wärmebedarf des Gebäudes [kW]:

100

Page 69: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 59 -

6.) Entzugsleistung Kanal [kW]:

52

7.) Durchmesser des Kanals [mm]:

1000

8.) Entfernung zum Kanal [m]:

50

9.) Trockenwetterabfluss [l/s]:

60

10.) Abwassertemperatur im Jahresdurchschnitt [°C]:

13

11.) Länge Wärmetauscher [m]:

32,16

12.) Energieeinsparung:

4000

Page 70: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 60 -

13.) Wie zufrieden sind Sie in Bezug auf ......

Bitte kreuzen Sie an, ob Sie gar nicht zufrieden sind (Kästchen ganz links) oder sehr zufrieden

(Kästchen ganz rechts). Mit den Kästchen dazwischen können Sie Ihre Antwort abstufen.

(Bitte bei jeder Möglichkeit ein Häkchen setzen)

-- - 0 + ++

Wartungsaufwand 1x

Betriebskosten/Unterhaltskosten 1x

Amortisationszeit (wird die errechnete Zeit eingehalten) 1x

Störanfälligkeit 1x

Wurde die errechnete Energieeinsparung eingehalten 1x

14.) Wurden Fördergelder/ Zuschüsse in Anspruch genommen?

Ja: 0x

Nein: 1x

15.) Wenn ja von wo kamen diese Zuschüsse?

Keine Angabe

16.) Wie viel der Gesamtsumme wurde bezahlt?

Keine Angabe

17.) Würden sie sich wieder für das genannte System entscheiden?

Ja: 1x

Nein: 0x

18.) Was sollte Ihrer Meinung nach noch verbessert werden?

Fördermöglichkeiten

Wärmepumpen mit integriertem Wärmeleistungsmesser

Page 71: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 61 -

Fragebogen zu der Zufriedenheit von

Betreibern von Abwasserwärmerück-

gewinnungsanlagen

(Antwort eines Betreibers)

1.) Name des Betreibers:

Wurden vom Bearbeiter anonymisiert

2.) Wo betreiben Sie Ihr Abwasserwärmerückgewinnungssystem?

Schule 0x

Sporthallen 0x

Schwimmbad 0x

Wohnanlage 0x

Kommunales Gebäude 0x

Fern- und Nahwärmenetz 0x

Industrieanlagen 0x

Verwaltungsgebäude 0x

Zusatzfeld: 1x MF-Häuser, Sporthalle & Schule

3.) Welches Betreibermodell wurde gewählt:

0x Nutzer finanziert Anlage

1x Der Investor verkauft die gewonnene Wärme an den Objektbesitzer

(Contracting)

4.) Hersteller und Modell des verwendeten Systems:

Wurden vom Bearbeiter anonymisiert

5.) Wärmebedarf des Gebäudes [kW]:

Max. 1632

Page 72: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 62 -

6.) Entzugsleistung Kanal [kW]:

Min. 120

7.) Durchmesser des Kanals [mm]:

Regenrückhaltebecken

8.) Entfernung zum Kanal [m]:

Keine Angabe

9.) Trockenwetterabfluss [l/s]:

30

10.) Abwassertemperatur im Jahresdurchschnitt [°C]:

9-14

11.) Länge Wärmetauscher [m]:

101

12.) Energieeinsparung:

Keine Angabe

Page 73: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 63 -

13.) Wie zufrieden sind Sie in Bezug auf ......

Bitte kreuzen Sie an, ob Sie gar nicht zufrieden sind (Kästchen ganz links) oder sehr zufrieden

(Kästchen ganz rechts). Mit den Kästchen dazwischen können Sie Ihre Antwort abstufen.

(Bitte bei jeder Möglichkeit ein Häkchen setzen)

-- - 0 + ++

Wartungsaufwand 1x

Betriebskosten/Unterhaltskosten 1x

Amortisationszeit (wird die errechnete Zeit eingehalten) 1x

Störanfälligkeit 1x

Wurde die errechnete Energieeinsparung eingehalten 1x

14.) Wurden Fördergelder/ Zuschüsse in Anspruch genommen?

Ja: 1x

Nein: 0x

15.) Wenn ja von wo kamen diese Zuschüsse?

Landeskredit-Bank Baden-Württemberg

16.) Wie viel der Gesamtsumme wurde bezahlt?

50.000€

17.) Würden sie sich wieder für das genannte System entscheiden?

Ja: 1x

Nein: 0x

18.) Was sollte Ihrer Meinung nach noch verbessert werden?

Die einzelnen Komponenten besser aufeinander abstimmen

Page 74: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 64 -

Umfrage zu Abwasserwärmerückge-

winnungsanlagen

Name der Firma

Hier finden Sie die notwendigen Daten zur Berechnung des Systems.

Bemessungsgrößen:

Kanal: DN 1400

Abwassermenge: 140 l/s

Entzugsleistung: 210 KW

Abwassertemperatur: 12 °C

Gefälle: 0,3%

Vorlauftemperatur der Heizungsanlage: 75°C

Vorlauftemperatur Wärmetauscher: 6 °C

(Zum Berechnen der Leistung, soll die Entfernung zum Kanal mit 10m ange-

nommen werden)

Tragen Sie bitte nun die Eigenschaften des berechneten Systems ein.

Gewähltes System (Modellbezeichnung)

Baukosten (nur System im Kanal ohne Anschluss

an Heizungsanlage)

Page 75: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 65 -

Durchschnittliche Lebensdauer

Amortisationszeit

Länge des Wärmetauschers [m]

Angesetzter Verlust (z.B. Sielhautbildung)[%]

Durchschnittliche Betriebskosten im Jahr:

Anmerkung zum System:

Seit wann bietet Ihr Unternehmen diese Leistung an?

Müssen rechtliche Grundlagen beim Einbau der oben genannten Anlage beachtet

werden, wenn ja welche?

Welche Systeme werden sich im Bereich der Abwasserwärmerückgewinnung

Ihrer Meinung nach in der Zukunft durchsetzen und warum?

Page 76: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 66 -

In welchen Bereichen denken Sie, wird sich die Abwasserwärmerückgewinnung

größten Teils durchsetzen?

Schulen

Sporthallen

Schwimmbäder

Wohnanlagen

Kommunale Gebäude

Fern- und Nahwärmenetze

Industrieanlagen

Verwaltungsgebäude

Wäschereien

Womit ließen sich Abwasserwärmerückgewinnungsanlagen Ihrer Meinung nach

sinnvoll kombinieren?

mit Stromerzeugung durch Lageenergie

mit Photovoltaikanlagen zur Stromerzeugung (z.B. zum Betreiben der Wärmepumpe)

mit Solarthermie

Geothermie

keine

Durch welche Maßnahmen wirken Sie der Sielhautbildung entgegen?

Wie fördern Sie die Durchmischung des Abwassers in Ihrem System? (zur Maxi-

mierung der Effizienz)

Page 77: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 67 -

Auf welche Fördergelder/ -programme kann bei der Abwasserwärmerückgewin-

nung zurückgegriffen werden?

Welche Anlagen haben Ihrer Meinung nach das Potenzial sich auf dem Markt

durchzusetzen?

Bitte kreuzen Sie an, ob die Anlage Ihrer Meinung nach gar kein Potenzial hat

(Kästchen ganz links) oder ein sehr hohes Potenzial hat (Kästchen ganz rechts).

Mit den Kästchen dazwischen können Sie Ihre Antwort abstufen.

(Bitte bei jeder Möglichkeit ein Häkchen setzen)

- - - 0 + + +

Abwasserwärmerückgewinnung

durch Einbau in bestehende

Kanäle (Hauptstrom)

Abwasserwärmerückgewinnung

bei Neubau/Sanierung in Form

von integralen Systemen

Abwasserwärmerückgewinnung

im Gebäude (z.B. Fallleitungs-

wärmetauscher)

Abwasserwärmerückgewinnung

direkt vom Objekt gesammelt

in einem Schacht in dem die

Energie entzogen wird

Stromerzeugung durch Lage-

energie

Abwasserwärmerückgewinnung

durch einen Bypass (Neben-

strom)

Nur noch eine letzte Frage zum aktuellen Entwicklungsstand:

Welche neuen Entwicklungen für Abwasserwärmerückgewinnungsanlagen gibt es

in Ihrem Unternehmen und was muss Ihrer Meinung nach noch weiter entwickelt

werden um die Wärme noch effizienter aus dem Abwasser entziehen zu können?

Page 78: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 68 -

Sollen Ihre Daten anonymisiert werden?

Ja

Nein

Möchten Sie die fertiggestellte Bachelorthesis als pdf zugeschickt bekommen?

Ja

Nein

Falls Sie noch Fragen oder Anregungen an mich haben, können Sie mir gerne eine

Email schreiben.

Die Umfrage ist beendet. Vielen Dank für die Teilnahme.

Page 79: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 69 -

Umfrage zu Abwasserwärmerückge-

winnungsanlagen (Antwort von 3 Firmen)

1.) Name der Firma:

Frank GmbH, Mörfelden

Wurden vom Bearbeiter anonymisier

2.) Tragen Sie bitte nun die Eigenschaften des berechneten Systems ein:

Gewähltes System (Modellbezeichnung)

PKS-Thermpipe

Wurden vom Bearbeiter anonymisiert

3.) Baukosten (nur System im Kanal ohne Anschluss

an Heizungsanlage):

Mehrkosten bei Kanalneubau 30.000

4.) Durchschnittliche Lebensdauer:

50-100

50

50

5.) Amortisationszeit:

unter 10 Jahren

Page 80: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 70 -

6.) Länge des Wärmetauschers [m]:

ca. 150

7.) Angesetzter Verlust (z.B. Sielhautbildung)[%]:

0 (außen liegender WT Erdreich bebunden)

30-40

8.) Durchschnittliche Betriebskosten im Jahr:

0

0

9.) Anmerkung zum System:

Das System PKS-Thermpipe ist eine AWNA die bei Kanalneubauten um-

setzbar sind. Der außenliegende Wärmetauscher ist wartungsfrei und hat

im innern des Abwasserrohres keinerlei Einbauten. Die Sielhaut spielt na-

hezu keine Rolle da die Energie vorwiegend indirekt über das umgebende

erwärmte Erdreich zu 80 Prozent gezogen wird. In PE-Abwasserrohren

bildet sich aufgrund der Oberfläche im Gegensatz zu anderen Werkstoffen

recht wenig Sielhaut.

10.) Seit wann bietet Ihr Unternehmen diese Leistung an?

2010

2010

2011

11.) Müssen rechtliche Grundlagen beim Einbau der oben genannten Anlage be-

achtet werden, wenn ja welche?

Grundwasserschutz(Wasserhaushaltsgesetz)

Kanalnutzungsrecht muss von der jeweiligen Kommune erteilt werden

Genehmigungsfreigabe in Anlehnung der DWA M 114

Page 81: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 71 -

12.) Welche Systeme werden sich im Bereich der Abwasserwärmerückgewinnung

Ihrer Meinung nach in der Zukunft durchsetzen und warum?

Jedes System hat seine Vorteile und Nachteile. Je nach örtlicher Situation

und Gegebenheit. PKS-Thermpipe ist z. B. nur im Kanalneubau, nicht im

Bestandskanal einsetzbar. Da unsere handelsüblichen PKS-Standardrohre

(ohne Wärmeentzug) bereits Stützschläuche aufgrund statischer Belastun-

gen durch das Erdreich besitzen sind die Mehrkosten aufgrund der Dop-

pelverwendung der Stützschläuche als zeitgleiches Wärmeträgermediums-

rohr verschwindend gering. Der Kanal wird mit keinerlei zusätzlichen Be-

triebskosten beaufschlagt. Von daher ist das System PKS-Thermpipe bei

der Wirtschaftslichkeitsberechnung und Amortisationsberechnung gegen-

über innenliegenden Kanalwärmetauscher oder Bybass-Lösungen enorm

vorteilhaft. Im Gegenzug ist bei Bestandskanälen die nicht ausgetauscht

werden müssen eine große Investition notwendig was der Wirtschaftlich-

keit zum Nachteil gereicht.

die, die wirtschaftlich werden

13.) In welchen Bereichen denken Sie, wird sich die Abwasserwärmerückgewin-

nung größten Teils durchsetzen?

Schulen 2x

Sporthallen 1x

Schwimmbäder 1x

Wohnanlagen 3x

Kommunale Gebäude 3x

Fern- und Nahwärmenetz 1x

Industrieanlagen 2x

Verwaltungsgebäude 2x

Wäschereien 1x

Zusatzfeld: 1x Kläranlage, Papier, Brauerei

Page 82: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 72 -

14.) Womit ließen sich Abwasserwärmerückgewinnungsanlagen Ihrer Meinung

nach sinnvoll kombinieren?

2x mit Stromerzeugung durch Lageenergie

2x mit Photovoltaikanlagen zur Stromerzeugung (z.B. zum Betreiben der

Wärmepumpe)

1x mit Solarthermie

1x mit Geothermie

1x Zusatzfeld: Heizen und Kühlen Wärme-Kältekopplung, BHKW, Gas-

Wärmepumpen,...

15.)Durch welche Maßnahmen wirken Sie der Sielhautbildung entgegen?

Beim PKS-Thermpipe ist die Sielhautbildung extrem untergeordnet ent-

scheidend

Thermpipe entzieht die durch das Abwasser gespeicherte Energie aus dem

erwärmten umgebenden Erdreich.

Die Regenerationsphasen des Erdreichs werden durch eine evtl. vorhande-

ne Sielhaut im Innern kaum beeinträchtigt.

Das PKs-System entzieht lediglich 20 % aus dem Abwasser direkt und 80

% aus dem erwärmten Erdreich.

Regelmäßige Reinigung des Abwasserkanals

Gemäß Untersuchung EAWAG 2004 gibt es nur die Möglichkeit die

Selbstreinigungswirkung durch das Wasser selbst. Dies ist unser Prinzinp,

wobei eine Angabe zur Siehhautbildung unter 30% nicht seriös ist.

16.) Wie fördern Sie die Durchmischung des Abwassers in Ihrem System?

(zur Maximierung der Effizienz)

Beim PKS-Thermpipe ist dies nicht notwendig.

Durch die perfekte hydraulischen Geometrie mittels Einsatz von runden

Rohren

Page 83: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 73 -

17.) Auf welche Fördergelder/ -programme kann bei der Abwasserwärmerückge-

winnung zurückgegriffen werden?

CO2-Einsparprogramme der Länder und des Bundes z. B. KEA Baden-

Würtemberg EFRE-Program

Förderungen nach dem Innovationscharakter bei Neuanlagen in Gebieten

Förderungen bei Gebäudesanierungsprogrammen

Förderungen bei Altbausanierung mit zusätzlicher AWNA

ist Bundeslandabhängig unterschiedlich

18.) Welche Anlagen haben Ihrer Meinung nach das Potenzial sich auf dem Markt

durchzusetzen? Bitte kreuzen Sie an, ob die Anlage Ihrer Meinung nach gar kein Potenzial hat (Kästchen ganz

links) oder ein sehr hohes Potenzial hat (Kästchen ganz rechts). Mit den Kästchen dazwischen

können Sie Ihre Antwort abstufen.

(Bitte bei jeder Möglichkeit ein Häkchen setzen)

-- - 0 + ++

Abwasserwärmerückgewinnung durch Einbau in

bestehende Kanäle (Hauptstrom)

1x 2x

Abwasserwärmerückgewinnung bei Neu-

bau/Sanierung in Form von integralen Systemen

2x 1x

Abwasserwärmerückgewinnung im Gebäude (z.B.

Fallleitungswärmetauscher)

2x 1x

Abwasserwärmerückgewinnung direkt vom Objekt

gesammelt in einem Schacht in dem die Energie

entzogen wird

1x 1x 1x

Stromerzeugung durch Lageenergie 1x 1x 1x

Abwasserwärmerückgewinnung durch einen By-

pass (Nebenstrom)

1x 2x

Nur noch eine letzte Frage zum aktuellen Entwicklungsstand:

Page 84: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 74 -

19.) Welche neuen Entwicklungen für Abwasserwärmerückgewinnungsanlagen

gibt es in Ihrem Unternehmen und was muss Ihrer Meinung nach noch weiter

entwickelt werden um die Wärme noch effizienter aus dem Abwasser entziehen

zu können?

Die Kosten der Verbindungstrassen vom Kanal zum Heizgebäude müssen

geringer werden, durch günstige Verfahren wie Spülbohrungen, ..

Duschanlagen mit direkter Wärmerückgewinnung müssen kostengünstiger

werden.

MSR-Technik der Wärmepumpen und der Abwasserwärmetauscher müs-

sen koordiniert werden. Ansteuerung von drehzahlgeregelten Zirkulati-

onspumpen im Primärkreislauf.

Optimierung des Wärmetauschers

Der in 2013 erstmal umgesetzte Hochleistungswärmetauscher ermöglich

eine Kostenreduzierung von ca. 50% im vergleich zu herkömmlichen Sys-

tem und bietet eine hohe Chance für eine Wirtschaftlichkeit des Systems.

Page 85: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 75 -

Umfrage zu Abwasserwärmerückge-

winnungsanlagen

1.) Name der Firma:

Frank GmbH, Mörfelden

2.) Tragen Sie bitte nun die Eigenschaften des berechneten Systems ein:

Gewähltes System (Modellbezeichnung)

PKS-Thermpipe

3.) Baukosten (nur System im Kanal ohne Anschluss

an Heizungsanlage):

Mehrkosten bei Kanalneubau 30.000

4.) Durchschnittliche Lebensdauer:

50-100

5.) Amortisationszeit:

unter 10 Jahren

6.) Länge des Wärmetauschers [m]:

ca. 150

7.) Angesetzter Verlust (z.B. Sielhautbildung)[%]:

0 (außen liegender WT Erdreich bebunden)

Page 86: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 76 -

8.) Durchschnittliche Betriebskosten im Jahr:

0

9.) Anmerkung zum System:

Das System PKS-Thermpipe ist eine AWNA die bei Kanalneubauten um-

setzbar sind. Der außenliegende Wärmetauscher ist wartungsfrei und hat

im innern des Abwasserrohres keinerlei Einbauten. Die Sielhaut spielt na-

hezu keine Rolle da die Energie vorwiegend indirekt über das umgebende

erwärmte Erdreich zu 80 Prozent gezogen wird. In PE-Abwasserrohren

bildet sich aufgrund der Oberfläche im Gegensatz zu anderen Werkstoffen

recht wenig Sielhaut.

10.) Seit wann bietet Ihr Unternehmen diese Leistung an?

2010

11.) Müssen rechtliche Grundlagen beim Einbau der oben genannten Anlage be-

achtet werden, wenn ja welche?

Grundwasserschutz(Wasserhaushaltsgesetz)

12.) Welche Systeme werden sich im Bereich der Abwasserwärmerückgewinnung

Ihrer Meinung nach in der Zukunft durchsetzen und warum?

Jedes System hat seine Vorteile und Nachteile. Je nach örtlicher Situation

und Gegebenheit. PKS-Thermpipe ist z. B. nur im Kanalneubau, nicht im

Bestandskanal einsetzbar. Da unsere handelsüblichen PKS-Standardrohre

(ohne Wärmeentzug) bereits Stützschläuche aufgrund statischer Belastun-

gen durch das Erdreich besitzen sind die Mehrkosten aufgrund der Dop-

pelverwendung der Stützschläuche als zeitgleiches Wärmeträgermediums-

rohr verschwindend gering. Der Kanal wird mit keinerlei zusätzlichen Be-

triebskosten beaufschlagt. Von daher ist das System PKS-Thermpipe bei

der Wirtschaftlichkeitsberechnung und Amortisationsberechnung gegen-

über innenliegenden Kanalwärmetauscher oder Bybass-Lösungen enorm

vorteilhaft. Im Gegenzug ist bei Bestandskanälen die nicht ausgetauscht

werden müssen eine große Investition notwendig was der Wirtschaftlich-

keit zum Nachteil gereicht.

Page 87: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 77 -

13.) In welchen Bereichen denken Sie, wird sich die Abwasserwärmerückgewin-

nung größten Teils durchsetzen?

Schulen 1x

Sporthallen 1x

Schwimmbäder 1x

Wohnanlagen 1x

Kommunale Gebäude 1x

Fern- und Nahwärmenetz 1x

Industrieanlagen 1x

Verwaltungsgebäude 1x

Wäschereien 1x

Zusatzfeld: 1x Kläranlage, Papier, Brauerei

14.) Womit ließen sich Abwasserwärmerückgewinnungsanlagen Ihrer Meinung

nach sinnvoll kombinieren?

1x mit Stromerzeugung durch Lageenergie

1x mit Photovoltaikanlagen zur Stromerzeugung (z.B. zum Betreiben der

Wärmepumpe)

1x mit Solarthermie

1x mit Geothermie

1x aus dem Zusatzfeld: Heizen und Kühlen Wärme-Kältekopplung, BHKW,

Gas-Wärmepumpen,...

15.)Durch welche Maßnahmen wirken Sie der Sielhautbildung entgegen?

Beim PKS-Thermpipe ist die Sielhautbildung extrem untergeordnet ent-

scheidend

Thermpipe entzieht die durch das Abwasser gespeicherte Energie aus dem

erwärmten umgebenden Erdreich.

Die Regenerationsphasen des Erdreichs werden durch eine evtl. vorhande-

ne Sielhaut im Innern kaum beeinträchtigt.

Das PKs-System entzieht lediglich 20 % aus dem Abwasser direkt und 80

% aus dem erwärmten Erdreich.

Page 88: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 78 -

16.) Wie fördern Sie die Durchmischung des Abwassers in Ihrem System?

(zur Maximierung der Effizienz)

Beim PKS-Thermpipe ist dies nicht notwendig.

17.) Auf welche Fördergelder/ -programme kann bei der Abwasserwärmerückge-

winnung zurückgegriffen werden?

CO2-Einsparprogramme der Länder und des Bundes z. B. KEA Baden-

Würtemberg EFRE-Program

Förderungen nach dem Innovationscharakter bei Neuanlagen in Gebieten

Förderungen bei Gebäudesanierungsprogrammen

Förderungen bei Altbausanierung mit zusätzlicher AWNA

18.) Welche Anlagen haben Ihrer Meinung nach das Potenzial sich auf dem Markt

durchzusetzen? Bitte kreuzen Sie an, ob die Anlage Ihrer Meinung nach gar kein Potenzial hat (Kästchen ganz

links) oder ein sehr hohes Potenzial hat (Kästchen ganz rechts). Mit den Kästchen dazwischen

können Sie Ihre Antwort abstufen.

(Bitte bei jeder Möglichkeit ein Häkchen setzen)

-- - 0 + ++

Abwasserwärmerückgewinnung durch Einbau in

bestehende Kanäle (Hauptstrom)

1x

Abwasserwärmerückgewinnung bei Neu-

bau/Sanierung in Form von integralen Systemen

1x

Abwasserwärmerückgewinnung im Gebäude (z.B.

Fallleitungswärmetauscher)

1x

Abwasserwärmerückgewinnung direkt vom Objekt

gesammelt in einem Schacht in dem die Energie

entzogen wird

1x

Stromerzeugung durch Lageenergie 1x

Abwasserwärmerückgewinnung durch einen By-

pass (Nebenstrom)

1x

Nur noch eine letzte Frage zum aktuellen Entwicklungsstand:

Page 89: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 79 -

19.) Welche neuen Entwicklungen für Abwasserwärmerückgewinnungsanlagen

gibt es in Ihrem Unternehmen und was muss Ihrer Meinung nach noch weiter

entwickelt werden um die Wärme noch effizienter aus dem Abwasser entziehen

zu können?

Die Kosten der Verbindungstrassen vom Kanal zum Heizgebäude müssen

geringer werden, durch günstige Verfahren wie Spülbohrungen, ..

Duschanlagen mit direkter Wärmerückgewinnung müssen kostengünstiger

werden.

MSR-Technik der Wärmepumpen und der Abwasserwärmetauscher müs-

sen koordiniert werden. Ansteuerung von drehzahlgeregelten Zirkulati-

onspumpen im Primärkreislauf.

Page 90: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 80 -

Umfrage zu Abwasserwärmerückge-

winnungsanlagen (Antwort einer Firma)

1.) Name der Firma:

Wurden vom Bearbeiter anonymisier

2.) Tragen Sie bitte nun die Eigenschaften des berechneten Systems ein:

Gewähltes System (Modellbezeichnung)

Wurden vom Bearbeiter anonymisiert

3.) Baukosten (nur System im Kanal ohne Anschluss

an Heizungsanlage):

Keine Angabe

4.) Durchschnittliche Lebensdauer:

50

5.) Amortisationszeit:

Keine Angabe

6.) Länge des Wärmetauschers [m]:

Keine Angabe

7.) Angesetzter Verlust (z.B. Sielhautbildung)[%]:

Keine Angabe

Page 91: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 81 -

8.) Durchschnittliche Betriebskosten im Jahr:

Keine Angabe

9.) Anmerkung zum System:

Keine Angabe

10.) Seit wann bietet Ihr Unternehmen diese Leistung an?

2010

11.) Müssen rechtliche Grundlagen beim Einbau der oben genannten Anlage be-

achtet werden, wenn ja welche?

Kanalnutzungsrecht muss von der jeweiligen Kommune erteilt werden

12.) Welche Systeme werden sich im Bereich der Abwasserwärmerückgewinnung

Ihrer Meinung nach in der Zukunft durchsetzen und warum?

Keine Angabe

13.) In welchen Bereichen denken Sie, wird sich die Abwasserwärmerückgewin-

nung größten Teils durchsetzen?

Schulen 0x

Sporthallen 0x

Schwimmbäder 0x

Wohnanlagen 1x

Kommunale Gebäude 1x

Fern- und Nahwärmenetz 0x

Industrieanlagen 0x

Verwaltungsgebäude 0x

Wäschereien 0x

Zusatzfeld: 0x

Page 92: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 82 -

14.) Womit ließen sich Abwasserwärmerückgewinnungsanlagen Ihrer Meinung

nach sinnvoll kombinieren?

0x mit Stromerzeugung durch Lageenergie

1x mit Photovoltaikanlagen zur Stromerzeugung (z.B. zum Betreiben der

Wärmepumpe)

0x mit Solarthermie

0x mit Geothermie

0x Zusatzfeld:

15.)Durch welche Maßnahmen wirken Sie der Sielhautbildung entgegen?

Regelmäßige Reinigung des Abwasserkanals

16.) Wie fördern Sie die Durchmischung des Abwassers in Ihrem System?

(zur Maximierung der Effizienz)

Keine Angabe

17.) Auf welche Fördergelder/ -programme kann bei der Abwasserwärmerückge-

winnung zurückgegriffen werden?

Keine Angabe

Page 93: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 83 -

18.) Welche Anlagen haben Ihrer Meinung nach das Potenzial sich auf dem Markt

durchzusetzen? Bitte kreuzen Sie an, ob die Anlage Ihrer Meinung nach gar kein Potenzial hat (Kästchen ganz

links) oder ein sehr hohes Potenzial hat (Kästchen ganz rechts). Mit den Kästchen dazwischen

können Sie Ihre Antwort abstufen.

(Bitte bei jeder Möglichkeit ein Häkchen setzen)

-- - 0 + ++

Abwasserwärmerückgewinnung durch Einbau in

bestehende Kanäle (Hauptstrom)

1x

Abwasserwärmerückgewinnung bei Neu-

bau/Sanierung in Form von integralen Systemen

1x 1x

Abwasserwärmerückgewinnung im Gebäude (z.B.

Fallleitungswärmetauscher)

1x

Abwasserwärmerückgewinnung direkt vom Objekt

gesammelt in einem Schacht in dem die Energie

entzogen wird

1x

Stromerzeugung durch Lageenergie 1x

Abwasserwärmerückgewinnung durch einen By-

pass (Nebenstrom)

1x

Nur noch eine letzte Frage zum aktuellen Entwicklungsstand:

19.) Welche neuen Entwicklungen für Abwasserwärmerückgewinnungsanlagen

gibt es in Ihrem Unternehmen und was muss Ihrer Meinung nach noch weiter

entwickelt werden um die Wärme noch effizienter aus dem Abwasser entziehen

zu können?

Optimierung des Wärmetauschers

Page 94: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 84 -

Umfrage zu Abwasserwärmerückge-

winnungsanlagen (Antwort einer Firma)

1.) Name der Firma:

Wurden vom Bearbeiter anonymisier

2.) Tragen Sie bitte nun die Eigenschaften des berechneten Systems ein:

Gewähltes System (Modellbezeichnung)

Wurden vom Bearbeiter anonymisiert

3.) Baukosten (nur System im Kanal ohne Anschluss

an Heizungsanlage):

Keine Angabe

4.) Durchschnittliche Lebensdauer:

50

5.) Amortisationszeit:

Keine Angabe

6.) Länge des Wärmetauschers [m]:

Keine Angabe

7.) Angesetzter Verlust (z.B. Sielhautbildung)[%]:

30-40

Page 95: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 85 -

8.) Durchschnittliche Betriebskosten im Jahr:

0

9.) Anmerkung zum System:

Keine Angabe

10.) Seit wann bietet Ihr Unternehmen diese Leistung an?

2011

11.) Müssen rechtliche Grundlagen beim Einbau der oben genannten Anlage be-

achtet werden, wenn ja welche?

Genehmigungsfreigabe in Anlehnung der DWA M 114

12.) Welche Systeme werden sich im Bereich der Abwasserwärmerückgewinnung

Ihrer Meinung nach in der Zukunft durchsetzen und warum?

die, die wirtschaftlich werden

13.) In welchen Bereichen denken Sie, wird sich die Abwasserwärmerückgewin-

nung größten Teils durchsetzen?

Schulen 1x

Sporthallen 0x

Schwimmbäder 0x

Wohnanlagen 1x

Kommunale Gebäude 1x

Fern- und Nahwärmenetz 0x

Industrieanlagen 1x

Verwaltungsgebäude 1x

Wäschereien 0x

Zusatzfeld: 0x

Page 96: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 86 -

14.) Womit ließen sich Abwasserwärmerückgewinnungsanlagen Ihrer Meinung

nach sinnvoll kombinieren?

1x mit Stromerzeugung durch Lageenergie

0x mit Photovoltaikanlagen zur Stromerzeugung (z.B. zum Betreiben der

Wärmepumpe)

0x mit Solarthermie

0x mit Geothermie

0x Zusatzfeld:

15.)Durch welche Maßnahmen wirken Sie der Sielhautbildung entgegen?

Gemäß Untersuchung EAWAG 2004 gibt es nur die Möglichkeit die

Selbstreinigungswirkung durch das Wasser selbst. Dies ist unser Prinzip,

wobei eine Angabe zur Sielhautbildung unter 30% nicht seriös ist.

16.) Wie fördern Sie die Durchmischung des Abwassers in Ihrem System?

(zur Maximierung der Effizienz)

Durch die perfekte hydraulischen Geometrie mittels Einsatz von runden

Rohren

17.) Auf welche Fördergelder/ -programme kann bei der Abwasserwärmerückge-

winnung zurückgegriffen werden?

ist Bundeslandabhängig unterschiedlich

Page 97: BACHELORTHESIS - Paul Guckelsberger aus Abwasser.pdf · Kanal aus Installationszwecken begehbar sein muss. „Aus Arbeitsschutzgründen dürfen Wärmetauscher in bestehende Kanäle

Anhang

- 87 -

18.) Welche Anlagen haben Ihrer Meinung nach das Potenzial sich auf dem Markt

durchzusetzen? Bitte kreuzen Sie an, ob die Anlage Ihrer Meinung nach gar kein Potenzial hat (Kästchen ganz

links) oder ein sehr hohes Potenzial hat (Kästchen ganz rechts). Mit den Kästchen dazwischen

können Sie Ihre Antwort abstufen.

(Bitte bei jeder Möglichkeit ein Häkchen setzen)

-- - 0 + ++

Abwasserwärmerückgewinnung durch Einbau in

bestehende Kanäle (Hauptstrom)

1x

Abwasserwärmerückgewinnung bei Neu-

bau/Sanierung in Form von integralen Systemen

1x

Abwasserwärmerückgewinnung im Gebäude (z.B.

Fallleitungswärmetauscher)

Abwasserwärmerückgewinnung direkt vom Objekt

gesammelt in einem Schacht in dem die Energie

entzogen wird

1x

Stromerzeugung durch Lageenergie 1x

Abwasserwärmerückgewinnung durch einen By-

pass (Nebenstrom)

1x

Nur noch eine letzte Frage zum aktuellen Entwicklungsstand:

19.) Welche neuen Entwicklungen für Abwasserwärmerückgewinnungsanlagen

gibt es in Ihrem Unternehmen und was muss Ihrer Meinung nach noch weiter

entwickelt werden um die Wärme noch effizienter aus dem Abwasser entziehen

zu können?

Der in 2013 erstmal umgesetzte Hochleistungswärmetauscher ermöglich

eine Kostenreduzierung von ca. 50% im vergleich zu herkömmlichen Sys-

tem und bietet eine hohe Chance für eine Wirtschaftlichkeit des Systems.