Heizen mit Abwasser - Umweltinnovationsprogramm

UIP-Förderschwerpunkt „Energieeffiziente Abwasseranlagen“ Statustreffen 26./27.08.2013
Projekt
„Errichtung einer
Abwasserwärmenutzungsanlage zur
Wärmeversorgung von Liegenschaften
im Bereich Wiesental“ der Stadtwerke
Aachen (STAWAG Energie)
Klaus Fricke FG III 2.5 Überwachungsverfahren, Abwasserentsorgung; Umweltbundesamt
UIP-Förderschwerpunkt „Energieeffiziente Abwasseranlagen“ Statustreffen 26./27.08.2013
Grundlage:
Über 30 Prozent der Endenergie in Deutschland wird für Heizwärme, d.h.
für Raumwärme und Warmwasserbereitung in Gebäuden, eingesetzt.
Maßnahme 14 „Integriertes Energie- und Klimaschutzprogramm (IEKP)“
aus dem Jahr 2007:
Das „Gesetz zur Förderung Erneuerbarer Energien im WärmebereichErneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG)“
vom 07.08.2008, novelliert 01.05.2011
Mit dem EEWärmeG wird das Ziel verfolgt, bis zum Jahr 2020 den Anteil
der Erneuerbaren Energien an der Wärmeversorgung von etwa 6 % im
Jahr 2008 auf 14 % zu erhöhen und damit die jährlichen CO2- Emissionen
zusätzlich um etwa 9 Mio. t zu senken.
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Richtlinien zur Förderung von Maßnahmen zur Nutzung
erneuerbarer Energien im Wärmemarkt vom 20.07.2012:
Elektrisch betriebene Wärmepumpen können gefördert werden,
wenn sie eine Jahresarbeitszahl von wenigstens 3,8 oder bei
gasbetriebenen Wärmepumpen eine Jahresheizzahl von
mindestens 1,3 erreichen.
• Jahresarbeitszahl (JAZ):
für elektrische Wärmepumpen der Quotient aus abgegebener Wärmemenge und eingesetzter
Strommenge einschließlich des Stroms für die peripheren Verbraucher wie Umwälzpumpen,
Abtauautomatik und Regelung. Die JAZ ermöglicht die Bewertung der Gesamtanlage über das
ganze Jahr.
Leistungszahl oder COP (coefficient of performance): Verhältnis von abgegebener
Wärmeleistung zu aufgenommener elektrischer Antriebsleistung unter Prüfbedingungen (nach
DIN EN 14511). Der COP schließt auch die Leistungsaufnahme der Hilfsaggregate ein.
Heizzahl:
Verhältnis von Nutzwärmeleistung (in KWth) zu Brennstoffleistung (Produkt aus
Brennstoffmassenstrom und Heizwert Hi).
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Gefördert werden Wärmepumpen zur Nutzung von Abwärme,
wenn sie mit einem der folgenden Zeichen ausgezeichnet sind:
a. dem gemeinsamen Umweltzeichen „Euroblume“
b. dem Umweltzeichen „Blauer Engel“
c. dem Prüfzeichen „European Quality Label for Heat Pumps“
Gefördert werden auch Nahwärmenetze, wenn die Wärme zu
mindestens 50 % aus Abwärme stammt.
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• Aus 1 m³ Abwasser kann bei Abkühlung um 1 Kelvin etwa
1,5 kWh Wärme entzogen werden.
• Bei einer angenommenen Leistungszahl von 4 kann eine
Wärmepumpe damit 2 kWh an eine Heizungsanlage abgeben.
Aus 1 m3 Abwasser kann in einer Kläranlage etwa 0,05 m3 Klärgas
erzeugt werden. Dies entspricht einem Energieinhalt von rund 0,3
Kilowattstunden (kWh).
• Das DWA-Merkblatt M 114 „ Energie aus Abwasser-, Wärme- und
Lageenergie“ gibt als Mindestabflussmenge einen
Trockenwetterabfluss von 15 l/s für den wirtschaftlichen Betrieb
einer Abwasserwärmenutzungsanlage an, d. h. oberstromseitig die
Einleitung des Abwassers von 5.000 bis 10.000 Einwohnern.
• Die Abwasserwärmenutzung ist für den Wärmeleistungsbereich
zwischen etwa 150 KW und 2 MW bei bivalentem Betrieb geeignet.
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Überschlägig kann die Leistungszahl ε (Epsilon) einer
Wärmepumpe mit folgender Gleichung berechnet werden:
T  T0
T
  0,5 
 0,5 
T  T0
T
T:
T0:
ΔT:
(mit
T  T  T0
)
absolute Temperatur der Wärmesenke (Heizung) in [K]
absolute Temperatur der Wärmequelle in [K]
Differenz zwischen absoluter Wärmesenken- und
Wärmequellentemperatur in [K]
Aus dieser Gleichung wird ersichtlich, dass eine Wärmepumpe
umso wirtschaftlicher betrieben werden kann, je kleiner die
Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Wärmesenke
und je größer die Temperatur der Wärmequelle ist.
Abwasser bietet ganzjährig eine Wärmequellentemperatur von
mehr als 10° C.
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Örtliche Gegebenheiten:
– In der Heizperiode liegt die Abwassertemperatur zu 98 % bei
mindestens 15°C
– Kanalquerschnitt > 2m
– Abstand zwischen Wärmequelle und Wärmenutzer < 100m
Durch ein „kaltes Fernwärmenetz“ sollen die Transmissionswärmeverluste sehr gering gehalten werden .
Der Wärmetauscher im Kanal soll so groß dimensioniert werden,
dass die Beheizung im monovalenten Betrieb erfolgen kann, d. h.
keine Zusatzheizung für die Spitzenbedarfsdeckung.
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Wärmebedarf der Liegenschaften insgesamt: 930 MWh/a
Leistungsbedarf Wärme:
530 KW
Strombedarf der Wärmepumpen:
221,4 MWh/a
Die Liegenschaften sollen so saniert werden, dass eine
Vorlauftemperatur von 45°C ausreicht.
Dementsprechend soll eine Jahresarbeitszahl von 4,2 erreicht werden.
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Ergebnisse aus dem Projekt
„Abwasserwärmenutzung Nordwestbad Bochum“
Monatswerte der Abwassertemperaturverläufe
25.0
20.0
[° C]
15.0
10.0
5.0
mittlere Abwassertemperatur
Maximum der Abwassertemperatur
Ap
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M
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0.0
Minimum der Abwassertemperatur
Außenlufttemperatur
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CO2-Emissionsbilanz des Nordwestbades Bochum
in der Zeit vom Februar 2011 bis März 2012
im Vergleich zum Jahr vor dem Umbau
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Ich danke für Ihre Aufmerksamkeit
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