Nutzung von Restwärme aus Abwasser – Berliner Praxiserfahrungen
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Nutzung von Restwärme aus Abwasser – Berliner Praxiserfahrungen Forschung u. Entwicklung Instandhaltung Regina Gnirß, Jan Waschnewski Andreas Irmer, Alexander Schitkowsky Abwasserwärme - Energie braucht Ideen 1. Einleitung 2. Technologien zur Wärmerückgewinnung 3. FE-Projekt Schwimmhalle Schöneberg 4. Projektgrundlagen und -beispiele 5. Fazit Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 2 1. Einleitung Klimaziel 2020 Klimaschutzziele Emissionen bis 2020 um 40% gegenüber 1990 senken - nachhaltige und klimafreundliche Energieversorgung in Berlin - Einführung eines Energiestandards für Gebäude Berliner Wasserbetriebe – Kooperationsvereinbarung mit Senat - Energieeinsparung - Energierückgewinnung Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 3 Innovation Energetische Optimierung 1. Einleitung Innovationen Projekte zur Optimierung der Energiebilanz, z.B. - Fotovoltaik - Wärme aus Abwasser - CO-Vergärung - Rückgewinnung Phosphor - Windenergie Intensivierung struktureller Ansätze, z.B. - Rohwassergewinnung - Verteilungskonzept - Klärschlammstrategie Energetische Risiken, z.B. - Weitergehende stoffliche Anforderungen Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 4 1. Einleitung Energie einsparen, ja dadurch werden wir nachhaltiger !! Aber: die Wasserversorgung und Abwasserreinigung machen zusammen ca. 2,2 % des elektrischen Gesamtenergieverbrauchs in Deutschland aus. 28,7 % Verkehr 26,8 % Industrie Gesamt (2005): 9137 PJ 28,8 % Haushalte 15,7 % GHD 75 11 8 4 2 % % % % % Raumwärme Warmwasser Mechanische Energie Sonstige Prozesswärme Beleuchtung Quelle: Statistisches Bundesamt, Umweltökonomische Gesamtrechnungen, 2006 Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 5 1. Einleitung Bereich Energieeffizienz Wärmeleck Abwasserleitung • Einem nach geltenden Vorschriften erstellten Neubau gehen rund 15% der zugeführten Heizenergie über Abwasser verloren • Etwa 5% der Bevölkerung in Deutschland bzw. 10% des Gebäudebestandes besitzen Potential mit Energie aus Abwasser versorgt zu werden Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 6 2. Technologien zur Wärmerückgewinnung Effizient für große Gebäudekomplexe Rückgewinnung Rückgewinnung im Rückgewinnung im Gebäude Entwässerungssystem in der Kläranlage (gereinigtes Abwasser) Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 7 2. Technologien zur Wärmerückgewinnung Funktionsprinzip Effiziente Nutzung von Primärenergie Primärenergie Abwasserkanal Wärmerückführung Wärmerückgewinnung Primärenergie Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 8 2. Technologien zur Wärmerückgewinnung Durchfluss und Temperatur (Winter) Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 9 2. Technologien zur Wärmerückgewinnung Effizient für große Gebäudekomplexe • Wärme aus dem Kanal: • Rinnenwärmetauscher (Nachrüstung) • Kanalrohr mit integriertem Rinnenwärmetauscher (Neubau) Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 10 2. Technologien zur Wärmerückgewinnung Effizient für große Gebäudekomplexe • Wärme aus ADL • Wärme aus dem Druckrohrkanal (Nachrüstung oder Neubau) z.B. System Rabtherm Doppelmantelrohrwärmetauscher Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 11 2. Technologien zur Wärmerückgewinnung Effizient für große Gebäudekomplexe • Wärme aus gereinigtem Abwasser • z.B durch Plattenwärmetauscher Quelle: Huber Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 12 3. FE-Projekt Schwimmhalle Schöneberg Pilotprojekt Schwimmhalle Schöneberg Quelle: BWB Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 13 3. FE-Projekt Schwimmhalle Schöneberg Pilotprojekt Schwimmhalle Schöneberg Verbraucher: Beckenwasser : 77 kW Warmwasserbereitung : 53 kW Fußbodenheizung : 37 kW CO2-Reduzierung : 90 t/a Gasabsorptionswärmepumpe Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 14 3. FE-Projekt Schwimmhalle Schöneberg Pilotprojekt Schwimmhalle Schöneberg Wärmebedarf : 167 kW Abstand zum Kanal : ca. 150 m Auslastung : kontinuierlicher Grundlastbedarf Kanalgröße : Eiprofil (2.100 / 1.400 mm) - Mischwasserkanal Abwassertemperatur : ≥ 12 °C Länge Wärmetauscher : 50 m Contracting Kooperation Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 15 3. FE-Projekt Schwimmhalle Schöneberg Pilotprojekt Wärmebedarf: Wärmeerzeuger aktuell: 1.039 MWh / a 2 Gasbrenner mit je 1.750 kW Wärmeangebot Kanal: >150 kW Temperaturdifferenz Abwasser: 2 K max. Heizleistung der geplanten Gasabsorptions WP: 4 x 42 kW Primärenergieaufnahme Gasabsorptions WP: 4 x 25 kW Inbetriebnahme: September 2012 Gesamtinvestitionskosten: ca. 520.000 € Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 16 4. Grundlagen 1. Abwasserdruckrohre (und auch Abwasserkanäle) können als Niedertemperatur-Fernwärmenetz verstanden werden,….. 2. …. weil es von den „Produzenten“ erwärmt wurde, hat das Abwasser ein höheres mittleres Temperaturniveau als seine Umgebung 3. Die Rückgewinnung dieses Wärmepotenzials ist umwelttechnisch sinnvoll und kann bereits heute wirtschaftlich interessant sein Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 17 4. Grundlagen etwa 7 % des Berliner Schmutz- und Mischwasserkanalnetzes sind größer DN 700, dies entspricht ca. 416 km 286 km 75 km 55 km Durchmesser 600 km -250 251-400 1236 km 3978 km 401-700 701-1200 1201-1600 >1600 Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 18 4. Wärmeleck Kanal? 12% 6% 4% 2% 76% Warmwasser Kühlen, Waschen Kochen Licht Heizung Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer Endenergiebedarf im Musterhaushalt: ca. 85 % der Haushaltsenergie (Bestand) gehen als Wärme über die thermische Hülle verloren ca. 15 % gehen in die Warmwasserbereitung und somit über den Kanal verloren 19 4. Wärme aus Abwasser_Kanal Kanaldimension: > DN 800 (im Bestand) bis DN 500 bei Neubau Trockenwetterabfluss: > 16 l/s (im 24h-Mittel) Abwassertemperatur: ganzjährig > 12°C, ∆Tmax 2…4 K Kanalalter: Neubau (ideal) je nach Zustand < 60 y, andernfalls Sanierungsbedarf prüfen Kanalhydraulik: • M-Kanal darf beim Regenereignis (1jährig / 5jährig) nicht eingestaut werden Entfernung zum Objekt: < 150 m Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 20 4. Wärme aus Abwasser_Druckrohr Hauptförderleitung Verfügbarkeit: > 98 % kurze Stillstandszeiten Alter und Material der Hauptleitung (Nutzungsdauervorrat) Grundstückssituation − öffentlich für Wärmetauscher im Bestand − öffentlich oder/ und privat bei Neubau (z.B. Bypass) Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 21 4. Projektbeispiele Effizient für große Gebäudekomplexe Abwasserwerke: • OWA Tegel • (240 kW) Gebäude: • Hohenschönhausen • (8 kW) ADL: • IKEA (1.500 kW) Kanal: • BMU • (50 kW) • Hellweg in Planung • (160 kW) • Kreuzberg • (20 kW) • Schöneberg • (167 / 250 kW) Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 22 4. Beispiel IKEA Neubau Druckrohrleitung DN 1000 (Stahl) vorhanden kürzeste Entfernung Druckrohr Heizzentrale ca. 150 m Doppelmantel-Rohrwärmetauscher als Bypass: Gesamtlänge: 204 m Fließgeschwindigkeit: 1 m/s Volumenstrom: 500-1.400m³/h Druckverlust durch Wärmetauscher: 0,023 bar keine hydraulische Beeinflussung des Abwasserstromes durch Reduzierungen, Einbauten etc. Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 23 4. Beispiel IKEA Doppelmantelrohrwärmetauscher Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer Schieber DN 700 24 4. Beispiel IKEA Installierte Gesamtleistung: - Wärmeleistung Elektro-Wärmepumpen: - Gasbrenner für Spitzenlast: Kälteleistung Wärmepumpen: Primärenergieeinsparung: Senkung der CO2-Emissionen: Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 2.496 kW 1.476 kW 2 x 510 kW 1.137 kW ca. 40 % bis zu 770 t/a 25 4. Beispiel IKEA Winterbetrieb - Heizen Grafik: IKEA Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 26 4. Beispiel IKEA Umfangreiches Monitoring inkl. Optimierung der Gesamtanlage im ersten Betriebsjahr, Betriebserfahrung 12/2010 bis 09/2012: Winterbetrieb: Abwassertemperatur: jederzeit > 13°C ∆T Wärmetauscher: deutlich < 2 K Leistungsbilanz der Wärmepumpe: COP: bis 7,5 (!) / JAZ: 4,5 nachgewiesen bislang kein Bedarf für Spitzenlastkessel Sommerbetrieb: Abwassertemperatur: jederzeit < 21°C ∆T Wärmetauscher: ca. 1 K kein Bedarf für Kühlung durch Lüftung 100 % Kühlleistung über Wärmepumpe Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 27 4. Projektbeispiel Rückgewinnung im Gebäude Effizient für große Gebäudekomplexe • ca. 400 Mieter • Abwasserwärmetauscher im Kellergeschoss - Wärmeleistung 8 kW Quelle: HOWOGE Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 28 5. Fazit I In der Praxis liegen Wärmebedarf und Angebot meist weit auseinander Ganzheitliche Projektbetrachtung notwendig Genaue Kenntnis über langfristigen Wärmebedarf und Wärmeangebot Positiv auf die Gesamtwirtschaftlichkeit wirken hohe Betriebsstundenzahl (z.B. Heizung und Kühlung kombinieren) niedrige Vorlauftemperaturen (z.B. Flächenheizung, mehrstufige Erwärmung) kurze Leitungswege optimierter Anlagenbetrieb Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 29 5. Fazit II Deutliche Senkung des Primärenergiebedarfs ist möglich und damit Senkung der CO2-Emission Senkung der Betriebskosten Projektvorlaufzeit ist nötig und muss bei der Planung berücksichtigt werden Potenzialstudie für Abwasserdruckrohr- und Kanalwärmeangebot ist sinnvoll In Berlin werden derzeit weitere Projekte geprüft und umgesetzt Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 30 5. Fazit lll Abwasserwärmerückgewinnung in Europa im Einsatz Konkurrenz: Fernwärmenetz Einzelfallbetrachtung BWB verfügen über Know-How im Engineering, Bau, Betrieb und Contracting Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 31 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer 32
